DE112004001925T5

DE112004001925T5 - Bohrvorrichtung und Bohrverfahren

Info

Publication number: DE112004001925T5
Application number: DE112004001925T
Authority: DE
Inventors: Teruie Takemasu; Ichiki Kariya Terashima
Original assignee: Denso Corp; Kyushu TLO Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Kyushu TLO Co Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-11-02
Also published as: KR20060069878A; WO2005039800A1; US20070069003A1; JPWO2005039800A1; CN1871077A

Abstract

Bohrvorrichtung, umfassend:
ein Bohrwerkzeug;
eine Führung zur Einschränkung einer Bewegungsrichtung des Bohrwerkzeugs;
einen Vibrator zum Auferlegen von Schwingungen an das Bohrwerkzeug, um das Bohrwerkzeug zum Springen zu veranlassen; und
ein Schwebezustandbeibehaltungselement zum Beibehalten des Bohrwerkzeugs in einem schwebenden Zustand in einer bestimmten Position und zum Erzeugen einer Rückstellkraft zum Zwecke des Rückführens des Bohrwerkzeugs zumindest in eine Position, in welcher das Bohrwerkzeug in Kontakt mit dem Vibrator gelangt, wenn das Bohrwerkzeug aus der bestimmten Position versetzt wurde.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung, die Schwingungen ausnutzt, wie beispielsweise Ultraschallwellen, um einen zu bohrenden Gegenstand zu bohren, wie auch ein Bohrverfahren.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich wurde das Bohren an einem zu bohrenden Gegenstand durch Stanzen oder Elektroerosion durchgeführt. Beim Stanzen bestehen jedoch Probleme mit der schlechten Genauigkeit des Lochs und bei der Elektroerosion mit den hohen Kosten. Angesichts dessen ist die Ultraschallbearbeitung unter Ausnutzung von Ultraschallschwingungen als Verfahren bekannt, die Bohrvorgänge mit hoher Genauigkeit und geringen Kosten durchführen kann.
Wie im Patentdokument 1 beschrieben und unter Ausnutzung von Ultraschallschwingungen zum Zwecke des Bohrens, ist ein Werkzeug direkt an einer Ultraschallvibratoreinheit montiert und das Bohren wird durchgeführt unter fortwährendem Auferlegen bzw. Anlegen von Ultraschallschwingungen an dem Werkzeug. Das Bezugspatent 1 offenbart des weiteren die Möglichkeit, eine Ultraschallbearbeitung an Löchern mit sehr kleinen Durchmessern durchzuführen, indem ein Werkzeug mit guter vertikaler Genauigkeit an einer Ultraschallvibratoreinheit montiert wird.

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 7-136818.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Obgleich das direkt an dem wie in dem Patentdokument 1 beschriebenen Ultraschallvibrator montierte Werkzeug longitudinale Ultraschallwellen in der Bewegungsrichtung des Werkzeugs auferlegt bzw. überträgt, sind die fortwährend auferlegten Schwingungen verglichen mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs zu schnell. Aufgrund dessen werden transversale Schwingungswellen unvermeidbar dem Werkzeug auferlegt. Folglich bewegt sich das Werkzeug, das diese transversalen Schwingungen aufnimmt und gelangt in Kontakt mit der Seitenwand des gebohrten Loches, wobei es die Oberfläche der Seitenwand des Loches beschädigt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bohrvorrichtung und ein Bohrverfahren vorzusehen, die ein Bohren bei hoher Genauigkeit durchführen können.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Eine Bohrvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfaßt: ein Bohrwerkzeug; eine Führung zur Einschränkung einer Bewegungsrichtung dieses Bohrwerkzeugs; einen Vibrator, mit dem Schwingungen dem Bohrwerkzeug auferlegt werden, damit das Bohrwerkzeug springen kann; und ein Schwebezustandbeibehaltungselement zum Halten des Bohrwerkzeugs in einem Schwebezustand in einer bestimmten Position und zur Erzeugung einer Rückstellkraft zur Rückführung des Bohrwerkzeugs zumindest in eine Position, wo es in Kontakt mit dem Vibrator gelangt, wenn das Bohrwerkzeug aus der bestimmten Position versetzt wurde. Es ist selbstverständlich, daß das nach der vorliegenden Erfindung durchgeführte Bohren nicht nur ein Durchgangsloch umfaßt, das durch einen Stanzvorgang ausgebildet wird, sondern auch eine Blindbohrung mit einem Boden, die durch einen Extrusionsprozeß ausgebildet wird.
Als Vibrator kann ein Ultraschallhorn, das Ultraschallwellen, die durch einen Ultraschallvibrator erzeugt wurden, konvergiert bzw. zusammenführt und Ultraschallschwingungen von seiner Spitze aus erzeugt, ein piezo-elektrischer Aktuator, der die Trägheitskraft ausnützt, begleitet von schnellen Deformationen einer piezo-elektrischen Vorrichtung oder einer elektrostriktiven Vorrichtung zur Erzeugung sehr kleiner Schwingungen, eine Vorrichtung, die wiederholte Stöße mit Hilfe eines indirekt stoßenden Werkzeugs auferlegt, wie beispielsweise einem sogenannten Hammerstößel, bei dem ein Hammer auf eine Form schlägt, um die Auftreffkraft des Hammers durch die Form unter Ausnutzung der Trägheit zu übertragen, und ähnliches, verwendet werden.
Gemäß der Bohrvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, wird das Bohrwerkzeug, das in einem Schwebezustand in einer bestimmten Position gehalten ist, zum Springen veranlaßt durch Auferlegen einer Schwingung von dem Vibrator, zum Trennen von dem Vibrator und zum Treffen des zu bohrenden Gegenstands, während die Bewegungsrichtung durch die Führung eingeschränkt ist. Da das Bohrwerkzeug von dem Vibrator zu diesem Zeitpunkt getrennt ist, schwingt es in der Bewegungsrichtung und auferlegt die Kraft in der Bewegungsrichtung auf den getroffenen, zu bohrenden Gegenstand und führt dabei den Bohrvorgang durch.
Das auf den zu bohrenden Gegenstand auftreffende Bohrwerkzeug wird zumindest in eine Position zurückgeführt, in welcher es in Kontakt mit dem Vibrator gelangt und zwar über eine Rückstellkraft des Schwebezustandbeibehaltungselements oder in die ursprünglich bestimmte Position, bevor das Werkzeug sprang beispielsweise und nimmt wieder Schwingungen von dem Vibrator auf und springt. Mit anderen Worten, trennt sich das Bohrwerkzeug wiederholt von dem Vibrator und trifft auf den zu bohrenden Gegenstand, um dabei wiederholt den zu bohrenden Gegenstand zu bohren.
Hierfür ist die Bohrvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mit einer Press- bzw. Druckausübevorrichtung ausgestattet, welche den Vibrator in Richtung des Bohrwerkzeugs presst bzw. drückt. Da der Vibrator Schwingungen auferlegt, während das Werkzeug in Richtung des zu bohrenden Gegenstands gepresst wird und dann in Richtung des Gegenstands springt, hat in diesem Falle das Bohrwerkzeug einen geringen Hub bzw. Aufwurf gegenüber dem zu bohrenden Gegenstand. Folglich bohrt das Bohrwerkzeug allmählich den zu bohrenden Gegenstand, während es sich zwischen dem Vibrator und dem zu bohrenden Gegenstand mit einer Amplitude rückwärts und vorwärts bewegt, die kleiner ist als im früheren Fall.
VORTEIL DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird das Bohrwerkzeug in einem Schwebezustand in einer bestimmten Position im Inneren der Führung gehalten, welche seine Bewegungsrichtung einschränkt, wobei der Vibrator dem Bohrwerkzeug Schwingungen auferlegt, damit das Bohrwerkzeug in Richtung des zu bohrenden Gegenstands springt und das Bohrwerkzeug dann dazu veranlaßt wird, den zu bohrenden Gegenstand zu treffen und das aus der bestimmten Position versetzte Bohrwerkzeug wird dann zumindest noch in eine Position zurückgeführt, in welcher das Bohrwerkzeug in Kontakt mit dem Vibrator gelangt. Dies ermöglicht es, einen Bohrvorgang durchzuführen unter Verwendung des Bohrwerkzeugs und Auferlegen von Schwingungen an den zu bohrenden Gegenstand in der Bewegungsrichtung. Aufgrund dessen kann eine Verschiebung dieses Bohrwerkzeugs nach außerhalb der Bewegungsrichtung verhindert werden und ein äußerst genauer Bohrvorgang ist erzielbar.
Indem das Bohrwerkzeug dazu veranlaßt wird, zu springen, während es in Richtung des zu bohrenden Gegenstands gepresst wird, reduziert sich zusätzlich die Hubhöhe des Bohrwerkzeugs hin zu dem zu bohrenden Gegenstand und das Bohrwerkzeug bohrt allmählich den zu bohrenden Gegenstand, während es sich zwischen dem Vibrator und dem zu bohrenden Gegenstand mit einer kleinen Amplitude rückwärts und vorwärts bewegt, wodurch die Auftreffkraft reduziert wird, die auf die Spitze des Bohrwerkzeugs ausgeübt wird. Dies ermöglicht eine Verlängerung der Lebensdauer des Bohrwerkzeugs.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[1] ist ein sich abzeichnender Querschnitt in Darstellung der Bohrvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[2A] stellt den Bohrvorgang unter Verwendung der Bohrvorrichtung der 1 dar.
[2B] stellt den Bohrvorgang unter Verwendung der Bohrvorrichtung der 1 dar.
[2C] stellt den Bohrvorgang unter Verwendung der Bohrvorrichtung der 1 dar.
[2D] stellt den Bohrvorgang unter Verwendung der Bohrvorrichtung der 1 dar.
[2E] stellt den Bohrvorgang unter Verwendung der Bohrvorrichtung der 1 dar.
[2F] stellt den Bohrvorgang unter Verwendung der Bohrvorrichtung der 1 dar.
[3A] ist eine vergrößerte Ansicht des Kontaktbereichs zwischen einem Dorn und einem Werkstück; die Figur stellt auch den Bohrvorgang dar bei der Ausbildung einer Blindbohrung mit einem Boden.
[3B] ist eine vergrößerte Ansicht des Kontaktbereichs zwischen einem Dorn und einem Werkstück; die Figur stellt auch den Bohrvorgang dar bei der Ausbildung einer Blindbohrung mit einem Boden.
[4A] stellt den Bohrvorgang dar, begleitet von einem Preßvorgang unter Verwendung einer Pressvorrichtung.
[4B] stellt den Bohrvorgang dar, begleitet von einem Preßvorgang unter Verwendung der Pressvorrichtung.
[4C] stellt den Bohrvorgang dar, begleitet von einem Preßvorgang unter Verwendung der Pressvorrichtung.
[4D] stellt den Bohrvorgang dar, begleitet von einem Preßvorgang unter Verwendung der Pressvorrichtung.
[4E] stellt den Bohrvorgang dar, begleitet von einem Preßvorgang unter Verwendung der Pressvorrichtung.
[4F] stellt den Bohrvorgang dar, begleitet von einem Preßvorgang unter Verwendung der Pressvorrichtung.

1: Ultraschallhorn
2: Dorn
2a: Kopf
2b: Bearbeitungsabschnitt
2c: Körperzapfen
3: Führungsbüchse
3a,3b: Führungsloch
4: elastischer Körper
5: (Matrizen-)Form
5a: Bohrloch
6: Pressvorrichtung

BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1 ist ein sich abzeichnender Querschnitt in Darstellung der Bohrvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und 2A bis F zeigen den Bohrvorgang unter Verwendung der Bohrvorrichtung der 1.
Wie in 1 gezeigt, umfaßt die Bohrvorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel: ein Ultraschallhorn 1, das als Vibrator arbeitet; einen Dorn 2, der als Bohrwerkzeug arbeitet, das ein Werkstück W bohrt, welches ein zu bohrender Gegenstand ist; eine Führungsbüchse 3, welche den Dorn 2 in einer Bewegungsrichtung führt; einen elastischen Körper 4, der als Schwebezustandsbeibehaltungselement arbeitet, um den Dorn 2 in einem Schwebezustand an der Führungsbüchse 3 zu halten; eine (Matrizen)-Form 5, die als Bohrwerkzeug arbeitet und paarweise mit dem Dorn 2 ausgebildet ist; und eine Pressvorrichtung 6, welche das Ultraschallhorn 1 in Richtung der Form 5 oder des Werkstücks W drückt.
Das Ultraschallhorn konvergiert bzw. spitzt die von einem Ultraschallvibrator (nicht gezeigt) erzeugten Ultraschallwellen zu und erzeugt Ultraschallschwingungen von seiner Spitze. Das Ultraschallhorn 1 und der Dorn 2 sind nicht fixiert. Wenn Schwingungen einem rückwärtigen Ende (einem Kopf 2a) des Dorns 2 über das Ultraschallhorn 1 auferlegt werden, springt der Dorn 2 aufgrund dessen und bewegt sich bei Trennung von dem Ultraschallhorn 1.
Der Dorn 2 hat den Kopf 2a, dem Schwingungen durch das Ultraschallhorn 1 auferlegt werden, einen Bearbeitungsabschnitt 2b, der mit dem Werkstück W in Kontakt gelangt, um die Bohrung durchzuführen und einen Körperzapfen 2c, der den Kopf 2a und den Bearbeitungsabschnitt 2b verbindet. Der Dorn 2 ist in einem Schwebezustand in einer bestimmten Position (die in 2A gezeigte Position) über den elastischen Körper 4 gehalten, der zwischen dem Kopf 2a und der Führungsbüchse 3 vorgesehen ist.
Der Bereich bzw. die Fläche, wo der Kopf 2a des Dorns 2 in Kontakt mit dem Ultraschallhorn 1 gelangt, hat eine gewölbte bzw. gekrümmte Oberfläche, wie dies in 1 gezeigt ist. Wenn sowohl das Ultraschallhorn 1, wie auch der Dorn 2 miteinander in Kontakt treten und flache Oberflächen haben und falls eine der Oberflächen leicht geneigt ist, wird ein teilweiser Kontakt auftreten und es wird für den Dorn 2 schwierig, in einer geraden Richtung nach unten zu schlagen. Falls der Kopf 2a des Dorns 2 eine gewölbte Oberfläche oder bevorzugter eine kugelförmige Oberfläche hat, gelangen im Gegensatz dazu der Kopf 2a des Dorns 2 und das Ultraschallhorn 1 immer bei einer Stelle in Kontakt, die in der Nähe der Mittelachse des Dorns 2 liegt und es wird für den Dorn 2 leichter, in einer geraden Richtung nach unten zu schlagen. Die Form des Querschnitts der Spitze des Bearbeitungsabschnitts 2a des Dorns 2 kann jegliche Form sein, wie beispielsweise eine kreisförmige Form, eine klingenartige Form, eine quadratische Form, eine dreieckige Form oder eine ovale Form.
Der elastische Körper 4 weist eine Rückstellkraft auf, die zu einer Rückführung zumindest in eine Position führt, wo ein Kontakt mit dem Ultraschallhorn 1 hergestellt ist und im Rahmen eines Beispiels, zu der bestimmten Position, wie sie in 2A gezeigt ist. Diese Rückstellkraft führt den Dorn 2, der aus der bestimmten Position in die bestimmte Position versetzt wurde, zurück. Der elastische Körper 4 umfaßt beispielhaft eine Feder (Plattenfeder, Schraubenfeder, Spiralfeder, Luftfeder oder Gummi), einen Dämpfer oder eine Kombination dieser.
Die (Matrizen-)Form 5 hält das Werkstück W zusammen mit dem Dorn 2. Zudem hat die Form 5 ein Bohrloch 5a, das dem Bearbeitungsabschnitt 2b des Dorns 2 entspricht und ein konisches Loch 5b, das mit dem Bohrloch 5a kommuniziert. Das konische Loch 5b erweitert sich in Bohrrichtung, d.h., in einer Richtung von einem Bereich aus, der mit dem Bohrloch 5a verbunden ist, hin zu einer Unterseite (offenen Seite) der Form 5. Dieses konische Loch 5b führt leicht Ausdornabfälle nach unten ab, die nach der Bearbeitung entstehen und erschwert es den Ausdornabfällen, das Loch zu verstopfen.
Um die Bewegungsrichtung des Dorns 2 einzuschränken, hat die Führungsbüchse 3 ein zylindrisches Führungsloch 3a, in dessen Innerem der Kopf 2a des Dorns 2 gleitet und ein zylindrisches Führungsloch 3b, in dessen Inneren der Bearbeitungsabschnitt 2b des Dorns 2 gleitet. Der Betrieb des Körperzapfens 2c des Dorns 2 ist unter Ausnutzung dieser Führungslöcher 3a und 3b lediglich auf eine axiale Richtung eingeschränkt. Der oben beschriebene elastische Körper 4 ist zwischen einem unteren Ende des Führungslochs 3a und dem Kopf 2a des Dorns 2 angeordnet.
Der Kopf 2a des Dorns 2, der Körperzapfen 2c, der Bearbeitungsabschnitt 2b und die Führungslöcher 3a und 3b der Führungsbüchse 3 sind gestuft ausgebildet, wobei der Durchmesser zur Bohrrichtung des Dorns 2 hin kleiner wird. Der Zweck dieser Form besteht darin, das Zusammenpassen am Kopf 2a des Dorns mit dem größten Durchmesser und dem Führungsloch 3a einzustellen, wie auch ein Spiel bei/zwischen dem Bearbeitungsabschnitt 2b und dem Führungsloch 3b vorzusehen. Der Grund dafür, ein Spiel bei dem Bearbeitungsabschnitt 2b und dem Führungsloch 3b vorzusehen besteht darin, zu verhindern, daß die Spitze des Bearbeitungsabschnitts 2b aufgrund einer Deformation, wie beispielsweise einem Biegen oder Krümmen, beschädigt wird, was von einer übermäßigen, aufgenommenen Belastung bewirkt wird.
Der elastische Körper 4 wird ebenfalls zurückgehalten, um zwischen dem abgestuften Abschnitt zwischen dem Kopf 2a und dem Körperzapfen 2c des Dorns 2 und dem abgestuften Abschnitt der Führungslöcher 3a und 3b gehalten zu sein. Diese Art eines beibehaltenen Zustands ermöglicht es, daß der Dorn 2 bei einfachstem Aufbau in einem schwebenden Zustand gehalten ist. Obgleich nicht in der Figur gezeigt, kann der Dorn 2 durch Vorsehen eines elastischen Körpers an der Außenseite der Führungslöcher 3a und 3b in einem schwebenden Zustand gehalten sein.
Bei einer Kunststoffverarbeitungsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau und wenn die Ultraschallwellen erzeugende Ultraschallhorn 1 in Kontakt mit dem Kopf 2a des Dorns 2 gebracht ist, wie dies in 2A gezeigt ist, werden Ultraschallwellen von dem Ultraschallhorn 1 dem Dorn 2 auferlegt bzw. an diesen übertragen und der Dorn 2 trennt sich von dem Ultraschallhorn 1 und springt in Richtung des Werkstücks W. Zu diesem Zeitpunkt ist der Betrieb bzw. die Bewegung des Kopfes 2a und des Bearbeitungsabschnitts 2b des Dorns 2 durch die Führungslöcher 3a und 3b der Führungsbüchse 3 lediglich auf die axiale Richtung eingeschränkt. Demgemäß bewegt sich der Dorn 2 geradewegs in Richtung des Werkstücks W, ohne von Seite zu Seite zu schwingen und gelangt dann bei dem Werkstück W an.
Wie in 2B gezeigt, läßt daraufhin die Rückstellkraft des elastischen Körpers 4 den Dorn 2 in Richtung des Ultraschallhorns 1 springen und dann, wie in 2C gezeigt, in die anfängliche Position des Dorns 2 zurückkehren. Des weiteren nimmt der Dorn 2 wieder einwirkende Ultraschallwellen von dem Ultraschallhorn 1 auf und springt in Richtung des Werkstücks W. Ist der Dorn 2, wie in 2D gezeigt, bei dem Werkstück W angelangt, so veranlaßt die Rückstellkraft des elastischen Körpers 4 wieder einmal, daß der Dorn 2 in Richtung des Ultraschallhorns 1 springt und zurückgeführt wird.
Auf diese Weise wird der Dorn 2 wiederholt von dem Ultraschallhorn 1 getrennt und trifft auf das Werkstück W (bezugnehmend auf die 2D und 2E). Dadurch wird das Werkstück W durch die wiederholte, von dem Dorn 2 aufgenommene Kraft mit hoher Genauigkeit gebohrt (bezugnehmend auf 2F).
Während bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel ein Beispiel zur Ausbildung eines Durchgangslochs mit Hilfe eines Ausstanz- bzw. Durchgangslochbildungsprozesses als Beispiel für einen Bohrvorgang beschrieben wurde, kann eine Blindbohrung mit einem Boden ebenfalls mit Hilfe eines Extrusionsprozesses unter Verwendung dieser Bohrvorrichtung ausgebildet werden. 3A und 3B sind vergrößerte Ansichten des Kontaktbereichs zwischen dem Dorn 2 und dem Werkstück W und stellen den Bohrvorgang dar bei Ausbildung einer Blindbohrung mit einem Boden.
Auf ähnliche Weise wie oben wiederholt sich der Vorgang des Auferlegens von Schwingungen unter Verwendung des Ultraschallhorns 1 und die Veranlassung, daß der Bearbeitungsabschnitt 2b des Dorns 2 (der sprang) wiederholt auf das Werkstück W trifft, wie in 3A gezeigt und das Werkstück W wird in Richtung des Bohrlochs 5a der Form 5 gepresst, wie dies in 3B gezeigt ist. Durch diesen Vorgang wird die mit dem Boden B versehene Blindbohrung C ausgebildet.
Während bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem der Bohrvorgang so durchgeführt wurde, daß die Position des Ultraschallhorns 1 fest und die Pressvorrichtung 6 während des Bohrvorgangs nicht getrieben wurde, kann der Vorgang auch so durchgeführt werden, daß das Ultraschallhorn 1 während des Bohrvorgangs in Richtung des Werkstücks W gedrückt wird unter Verwendung dieser Pressvorrichtung 6.
Die 4A bis F stellen den Bohrvorgang, begleitet von einem Pressvorgang unter Verwendung der Pressvorrichtung 6 dar.
In diesem Falle werden zunächst das Ultraschallhorn 1 und der Dorn 2 statisch durch die Pressvorrichtung 6 gedrückt, bis die Spitze des Körperzapfens 2c des Dorns 2 in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Werkstücks W gelangt, wie dies in den 4A und 4B gezeigt ist. Als nächstes auferlegt das Ultraschallhorn 1 dem Dorn 2 Ultraschallwellen, während die Pressvorrichtung 6 Druck ausübt (bezugnehmend auf 4C).
Zu diesem Zeitpunkt trennt sich der Dorn 2 von dem Ultraschallhorn 1, springt in Richtung des Werkstücks W, springt aufgrund der Rückstellkraft des elastischen Körpers 4 zurück zu dem Ultraschallhorn 1 und gelangt dann in Kontakt mit dem Ultraschallhorn 1. Der Dorn 2 wiederholt diesen Vorgang, um eine Bohrung mit hoher Genauigkeit an dem Werkstück W durchzuführen (bezugnehmend auf 4D, 4E und 4F). Da der Dorn 2 springt, während er durch die Pressvorrichtung 6 in Richtung des Werkstücks W gedrückt wird, ist der Abstand hin zu dem Werkstück W kurz.
Folglich bohrt der Dorn 2 das Werkstück W allmählich mit einer kleinen Amplitude, während er sich zwischen dem Ultraschallhorn 1 und dem Werkstück W zurück und vorwärts bewegt. Da dies die der Spitze des Dorns 2 auferlegte Auftreffkraft reduziert, kann die Lebensdauer des Dorns 2 verlängert werden. Wenn das Werkstück W aus einem Fasermaterial, einem dicken Material oder einem Kompositwerkstoff hergestellt ist, ist es bevorzugt, den Vorgang durchzuführen, während die Pressvorrichtung 6 das Ultraschallhorn 1 in Richtung des Werkstücks W drückt.
Die Press- bzw. Drückgeschwindigkeit der Pressvorrichtung 6 ist etwa die Plattendicke (mm) × 0,05 – die Plattendicke (mm) × 5 (/Sekunde). Mit anderen Worten, wenn sich die Plattendicke auf 1 mm beläuft, so ist bevorzugt die Geschwindigkeit 0,05 bis 5 mm/Sekunde. Die Ultraschallfrequenz ist etwa 20 bis 80 kHz und die optimale Ultraschallfrequenz ist 40 kHz. Obgleich sich die Ultraschallausgangsleitung stark in Abhängigkeit von dem Material des Werkstücks W ändert, ist die optimale Ausgangsleistung etwa 50 bis 1000 W. Beispielsweise ist die Ausgangsleistung etwa 500 bis 800 W bei einer 0,5 bis 1,0 mm dicken Stahlplatte und etwa 200 bis 400 W bei einer 0,1 mm dicken Folie.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist nützlich als Vorrichtung und Verfahren zum Bohren eines zu bohrenden Gegenstandes unter Verwendung von Schwingungen wie beispielsweise Ultraschallwellen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung geeignet für hochgenaue Bohrvorgänge.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Bohrung, wie beispielsweise eine hochgenaue Bohrung wird durchgeführt durch Eingabe einer Schwingung lediglich in der Bewegungsrichtung eines Werkzeugs. Die Vorrichtung umfaßt ein Ultraschallhorn (1), das als Vibrator arbeitet, einen Dorn (2), der als Bohrwerkzeug zum Bohren eines Werkstücks (W) arbeitet, das ein zu bohrender Gegenstand ist, eine Führungsbüchse (3), welche den Dorn (2) in der Bewegungsrichtung führt, einen elastischen Körper (4) zum Halten des Dorns (2) in einem Schwebezustand an der Führungsbüchse (3) und eine Form (5), die als Bohrwerkzeug paarweise zusammen mit dem Dorn (2) wirkt. Der Dorn (2) ist schwebend durch den elastischen Körper (4) im Inneren der Führungsbüchse (5) gehalten und die Schwingung wird dem Dorn (2) durch das Ultraschallhorn (1) auferlegt, um den Dorn (2) dazu zu veranlassen, in Richtung des Werkstücks (W) zu springen und auf das Werkstück (W) zu treffen, um das Werkstück (W) zu bohren.

Claims

Bohrvorrichtung, umfassend: ein Bohrwerkzeug; eine Führung zur Einschränkung einer Bewegungsrichtung des Bohrwerkzeugs; einen Vibrator zum Auferlegen von Schwingungen an das Bohrwerkzeug, um das Bohrwerkzeug zum Springen zu veranlassen; und ein Schwebezustandbeibehaltungselement zum Beibehalten des Bohrwerkzeugs in einem schwebenden Zustand in einer bestimmten Position und zum Erzeugen einer Rückstellkraft zum Zwecke des Rückführens des Bohrwerkzeugs zumindest in eine Position, in welcher das Bohrwerkzeug in Kontakt mit dem Vibrator gelangt, wenn das Bohrwerkzeug aus der bestimmten Position versetzt wurde.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Schwebezustandbeibehaltungselement das Bohrwerkzeug in die bestimmte Position zurückführt, wenn das Bohrwerkzeug aus der bestimmten Position versetzt wurde.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine Pressvorrichtung zum Pressen des Vibrators in Richtung des Bohrwerkzeugs.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Vibrator die Schwingungen dem Bohrwerkzeug wiederholt auferlegt.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Vibrator die Schwingungen dem Bohrwerkzeug wiederholt auferlegt.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Vibrator die Schwingungen dem Bohrwerkzeug wiederholt auferlegt.
Bohrverfahren zum Bohren eines zu bohrenden Gegenstandes, umfassend: Beibehalten eines Bohrwerkzeugs in einem Schwebezustand bei einer bestimmten Position im Inneren einer Führung, die eine Bewegungsrichtung einschränkt; dem Bohrwerkzeug Schwingungen auferlegen unter Verwendung eines Vibrators, um das Bohrwerkzeug dazu zu veranlassen, in Richtung des zu bohrenden Gegenstandes zu springen; das Bohrwerkzeug dazu veranlassen, den zu bohrenden Gegenstand zu treffen; und Rückführen des aus der bestimmten Position versetzten Bohrwerkzeugs zumindest hin zu einer Position, in welcher das Bohrwerkzeug in Kontakt mit dem Vibrator gelangt.
Bohrverfahren nach Anspruch 7, bei welchem das aus der bestimmten Position versetzte Bohrwerkzeug in die bestimmte Position zurückgeführt wird.
Bohrverfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Bohrwerkzeug dazu veranlaßt wird, zu springen, während es in Richtung des zu bohrenden Gegenstandes gepreßt wird, wenn der Vibrator dem Bohrwerkzeug Schwingungen auferlegt, um das Bohrwerkzeug dazu zu veranlassen, in Richtung des zu bohrenden Gegenstands zu springen.
Bohrverfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Vibrator die Schwingungen dem Bohrwerkzeug wiederholt auferlegt.
Bohrverfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Vibrator die Schwingungen dem Bohrwerkzeug wiederholt auferlegt.
Bohrverfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Vibrator die Schwingungen dem Bohrwerkzeug wiederholt auferlegt.