DE60206006T2

DE60206006T2 - Spindelstruktur auf Ultraschallmaschine und Traghorn zur Anwendung in derselben

Info

Publication number: DE60206006T2
Application number: DE60206006T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kasuga-shi Take; Masayoshi Kasuga-shi Kawanami
Original assignee: Takesho Co Ltd Kasuga; Takesho Co Ltd
Current assignee: Takesho Co Ltd Kasuga; Takesho Co Ltd
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: ATE303880T1; EP1312444B1; US6762535B2; HK1053079A1; EP1312444A3; CN1416998A; JP3676997B2; TW526122B; KR20030038313A; CN100404194C; DE60206006D1; KR100906650B1; US20030085632A1; JP2003145395A; EP1312444A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindelstruktur in einer Ultraschallmaschine, die Schleifarbeit, Schneidarbeit oder dergleichen an einem Werkstück mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Wirksamkeit durchführen kann, während Ultraschallvibration an verschiedene Bearbeitungswerkzeuge angelegt wird.
Beschreibung der verwandten Technik
Eine im Bereich präziser Bearbeitung eines schwierig zu bearbeitenden Bauteils, wie zum Beispiel ein sehr hartes, sprödes Material, ein metallisches Verbundmaterial oder dergleichen, wird eine Ultraschallmaschine als schneidendes oder bohrendes Bearbeitungsmittel verwendet. Die Ultraschallmaschine ist im allgemeinen mit einer Spindel, die durch einen Motor rotatorisch angetrieben ist, einem koaxial zu der Spindel angeordneten Ultraschallvibrator, einem Horn, das mit dem Ultraschallvibrator baueinheitlich mit demselben verbunden ist, und einem Bearbeitungswerkzeug ausgestattet, wie zum Beispiel ein Schneidwerkzeug, ein Schleifwerkzeug oder dergleichen, das an dem spitzen Ende des Horns befestigt ist, in dem ein Ultraschallvibrationssystem in einem sehr steifen Zustand befestigt ist.
Um eine zur genauen Bearbeitung geeignete Präzision aufrecht zu erhalten, ist es bei einer solchen Ultraschallmaschine notwendig, die Montagegenauigkeit der Spindel, des Ultraschallvibrators und des Horns in einem exakten und sehr steifen Zustand beizubehalten. Zusätzlich besteht die wichtigste Aufgabe bei der Auslegung darin, die Ultraschallvibration, die von dem Ultraschallvibrator angelegt wird, vollständig mit der axialen Richtung zusammenfallen zu lassen und die Vibration auf ein Be arbeitungswerkzeug mit einer konstanten Amplitude der Vibration zu übertragen.
Die vorliegende Erfindung hat eine Spindelstruktur in einer Ultraschallbearbeitungsvorrichtung entwickelt, wo Ultraschallvibration zu einem Bearbeitungswerkzeug zur schneidenden Bearbeitung oder schleifenden Bearbeitung übertragen werden kann, ohne dabei um eine sich drehende Welle zu taumeln und mit hohem Wirkungsgrad, und es kann eine schneidende Bearbeitung oder schleifende Bearbeitung mit äußerster Genauigkeit durchgeführt werden, wobei eine solche Spindelstruktur in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-254801 offenbart worden ist.
9 ist eine Teilquerschnittsansicht, die eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine zeigt, die in der obigen Veröffentlichung offenbart ist. Wie in 9 gezeigt, ist die Spindelstruktur mit einer Spindel 63, die um eine axiale Linie derselben drehbar angetrieben ist, einem Ultraschallvibrator 64, der in einer hohlen Hauptkörperhülse 63b untergebracht ist, die in der Spindel 63 ausgebildet ist, zwei abstützenden Hörnern 66, 67, die koaxial mit dem Ultraschallvibrator 64 verbunden und an einer inneren Umfangswand der Hauptkörperhülse 63b in eingespannter Weise fixiert sind, einem Haltehorn 65, dessen proximales Ende koaxial mit den abstützenden Hörnern 66, 67 verbunden ist und dessen distales Ende an einem Schneidwerkzeug 68 und dergleichen anbringbar ist, ausgestattet.
Die abstützenden Hörner 66, 67 umfassen auch Hauptkörper 66a, 67a, die koaxial zu dem Ultraschallvibrator 64 angeordnet sind, Basisbereiche 66c, 67c, die an in axialen Richtungen dazwischen liegenden Teilen der Hauptkörper 66a, 67a baueinheitlich ausgebildet sind, elastisch verformbare, zylindrische, dünne, dämpfende Hülsen 66d, 67d, die um die Hauptkörper 66a, 67a koaxial zu den Basisbereichen 66c, 67c ausgebildet sind, und Flansche 66e, 66f, 77e, 77f, die an beiden Enden der dämpfenden Hülsen 66d, 67d in deren axialen Richtungen ausgebildet sind.
Diese abstützenden Hörner 66, 67 sind innerhalb der Hauptkörperhülse 63b der Spindel 63 in einer Stellung bereitgestellt, in der sie sehr engen Kontakt zueinander haben, und die Flansche 66e, 66f, 67e, 67f sind an der inneren Umfangswand der Hauptkörperhülse 63b befestigt. Ein Abstandsbauteil (nicht gezeigt) kann zwischen den Flanschen 66e und 66f, 66f und 67e bzw. 67e und 67f angeordnet sein.
Indem eine solche Spindelstruktur verwendet wird, werden Ultraschallvibrationen, die von dem Ultraschallvibrator 64 zu den Hauptkörpern 66a, 67a der abstützenden Hörner 66, 67 übertragen werden, so wie sie sind zu der Seite des Haltehorns 65 überragen. Weil die Übertragung zu der Spindel 63 durch die dämpfenden Hülsen 66b, 67b gedämpft ist, wird andererseits das Entweichen von Ultraschallvibrationsenergie zu der Spindel 63 unterdrückt. Daher kann die Vibrationsübertragungsrate zu dem Haltehorn 65 hoch gehalten werden, während eine Bearbeitungsgenauigkeit bedeutsam verbessert werden kann, indem die Spindel 63, die eine Hauptrotationswelle ist, und das Haltehorn 65 auf der gleichen Achse gehalten werden.
Bei der in 9 gezeigten Spindelstruktur ist es erforderlich, innerhalb der Hauptkörperhülse 63b die Bauteile, wie zum Beispiel die abstützenden Hörner 66, 67 und die Abstandhalter (nicht gezeigt), in einer Stellung anzuordnen, in der sie ohne einen Zwischenraum dazwischen engen Kontakt zueinander haben, wodurch die Bauteile in sowohl axialer als auch peripheren Richtungen der Spindel 63 gehalten werden. Zusätzlich sollten die Bauteile so angeordnet werden, dass keine Spannung oder konzentrierte Beanspruchung auf irgendein Bauteil eingebracht wird. Während des Montageprozesses ist es daher erforderlich, die Position und Lage der entsprechenden Bauteile mit der größten Sorgfalt durch Beobachtung präzise einzustellen, um zu bestätigen, dass dort zwischen benachbarten Bauteilen bei jeder Montage eines Bauteils kein Zwischenraum vorhanden ist. Dies erfordert nicht nur die Erfahrung und Technik des Arbeiters, sondern auch eine enorme Anzahl an Montageschritten. Weil eine Mehrzahl von abstützenden Hörnern, dass heißt die abstützenden Hörner 66, 67, in engem Kontakt zueinander angeordnet sind, kann außerdem ein Taumeln des Kerns nach der Montage aufgrund ungleicher Abmessungsgenauigkeit der Bauteile auch dann nicht vermieden werden, wenn die Bauteile mit größter Sorgfalt montiert worden sind, was zu einer schlechten Bearbeitungsgenauigkeit führt.
Weil die Flansche 66e, 66f, 67e, 67f der abstützenden Hörner 66, 67 in der inneren Umfangswand der Hauptkörperhülse 63b fixiert sind, kann zusätzlich ein Teil der Ultraschallvibration, die von dem Ultraschallvibrator 64 zu den Hauptkörpern 66a, 67a der abstützenden Hörner 66, 67 übertragen wird, durch die Bauteile, wie zum Beispiel die Flansche 66e, 66f, 67e, 67f, zu der Hauptkörperhülse 63b weichen, um Wärme zu erzeugen. In dieser Hinsicht vergrößert sich aufgrund der relativ großen Gesamtlänge der koaxial verbundenen Bauteile, wie zum Beispiel die abstützenden Hörner 66, 67, jegliche Verformung durch die Wärmeerzeugung, und daher wird dabei auf einfache Weise eine Wälzbewegung des Schneidwerkzeugs 68 bewirkt, was zur Verschlechterung der maschinellen Bearbeitungsgenauigkeit führt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine bereitzustellen, die die Anzahl von Montageschritten zu reduzieren und die maschinelle Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern vermag, sowie ein in derselben verwendetes, abstützendes Horn.
JP 2000 254801 offenbart eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine mit einem Spindelhauptkörper, der um eine axiale Linie desselben rotatorisch angetrieben ist, einem Ultraschallvibrator, der in einer in dem Spindelhauptkörper ausgebildeten, zylindrischen Hauptkörperhülse untergebracht ist, und einem abstützenden Horn, das innerhalb der Hauptkörperhülse mit dem Ultraschallvibrator verbunden ist, bei der das abstützende Horn einen Hauptkörper, der koaxial mit dem Ultraschallvibrator verbunden ist, einen Basisbereich, der in einer Randform an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers ausgebildet ist, eine elastische zylindrische dämpfende Hülse, die durch Verlängerung eines äußeren Rands des Basisbereichs in der axialen Richtung ausgebildet ist, und einen Befestigungsflansch umfasst, der an dem anderen Ende der dämpfenden Hülse ausgebildet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Spindelhauptkörper, der um eine axiale Linie desselben rotatorisch angetrieben ist, einen Ultraschallvibrator, der in einer in dem Spindelhauptkörper ausgebildeten, zylindrischen Hauptkörperhülse untergebracht ist, und ein abstützendes Horn, das innerhalb der Hauptkörperhülse mit dem Ultraschallvibrator verbunden ist, bei der das abstützende Horn einen Hauptkörper, der mit dem Ultraschallvibrator koaxial verbunden ist, einen Basisbereich, der in einer Randform einer äußeren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers ausgebildet ist, eine elastische zylindrische dämpfende Hülse, die durch Verlängerung eines äußeren Rands des Basisbereichs in der axialen Richtung ausgebildet ist, einen Losflansch, der an einem Ende der dämpfenden Hülse ausgebildet ist, einen Befestigungsflansch, der an dem anderen Ende der dämpfenden Hülse ausgebildet ist, und einen Spaltbereich umfasst, der an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs entlang einer Umfangsrichtung desselben ausgebildet ist, wobei der Losflansch des abstützenden Horns an der Seite des Ultraschallvibrators in einer Stellung angeordnet ist, in der der Losflansch zu einer inneren peripheren Stirnfläche der Hauptkörperhülse verschiebbar ist und mit dieser in Kontakt steht, und der Befestigungsflansch an der Hauptkörperhülse in einer Stellung befestigt ist, in der der Befestigungsflansch in der axialen Richtung gehalten ist. Hier meint der Begriff "Losflansch" einen Flansch, der nur in einer quer verlaufenden Richtung gehalten ist, indem dafür gesorgt ist, dass ein äußerer peripherer Bereich des Flansches an ein anderes Bauteil angrenzt, und der Begriff "Befestigungsflansch" meint einen Flansch, der wenigstens in der axialen Richtung gehalten ist, indem dafür gesorgt ist, dass eine Stirnfläche des Flansches, die in dessen axialer Richtung quer verläuft, an ein anderes Bauteil angrenzt. Der Begriff "Spaltbereich" meint einen Bereich, in dem die Durchgängigkeit einer äußeren peripheren Stirnfläche unterbrochen ist, zum Beispiel ein Bereich, in dem ein Loch, eine Nut, ein Schlitz oder dergleichen ausgebildet ist.
Der Losflansch des abstützenden Horns ist an der Seite des Ultraschallvibrators in einer Stellung angeordnet, in der er zu einer inneren peripheren Stirnfläche der Hauptkörperhülse verschiebbar ist und mit dieser in Kontakt steht, und der Befestigungsflansch ist an der Hauptkörperhülse in einer Stellung befestigt, in der er in der axialen Richtung gehalten ist, so dass das abstützende Horn an der Position des Befestigungsflansches in der axialen Richtung gehalten ist, während das abstützende Horn an der Position des Losflansches in der quer verlaufenden Richtung gehalten ist, aber nicht in der axialen Richtung gehalten ist. Daher erlaubt der Hauptkörper des abstützenden Horns eine wirksame Übertragung von durch den Ultraschallvibrator angelegter Ultraschallvibration in der axialen Richtung durch eine streckende/zusammenziehende Bewegung des Hauptkörpers des abstützenden Horns selbst, wobei der Bereich des Befestigungsflansches als Hebelstütze verwendet wird. Weil der Spaltbereich an der äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs des abstützenden Horns entlang der Umfangsrichtung vorgesehen ist, wird auch jeder des Losflansches und des Befestigungsflansches der dämpfenden Hülse unabhängig von dem Hauptkörper des abstützenden Horns einfach verformt, so dass an den Hauptkörper des abstützenden Horns angelegte Ultraschallwellen davon abgehalten werden, durch den Losflansch und den Befestigungsflansch zu der Hauptkörperhülse zu entweichen.
Mit anderen Worten, von dem Ultraschallvibrator an das abstützende Horn angelegte Ultraschallwellen können ohne Leckage zu einem Bearbeitungswerkzeug übertragen werden, wodurch eine Wärmeerzeugung verhindert wird, die durch die Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses verursacht wird. Dies beseitigt auch eine durch eine geringe Verformung des abstützenden Horns aufgrund von Wärmeerzeugung verursachte Wälzbewe gung, was zu einer besseren Bearbeitungsgenauigkeit führt. Zusätzlich wird, weil nur der Befestigungsflansch an der Hauptkörperhülse befestigt ist, ein Abstandshalter oder dergleichen nicht benötigt. Folglich ist die Anzahl von Bauteilen reduziert und eine genaue Ausrichtung ist beim Zusammenbau nicht erforderlich, so dass die Anzahl an Montageschritten bedeutsam verringert werden kann. Außerdem kann eine Wärmeerzeugung aufgrund der Ultraschallwellen, die von dem Flansch durch einen Abstandshalter entweichen, verhindert werden.
Hier ist, als der Spaltbereich des abstützenden Horns, eine Dämpfungsnut vorgesehen, die sich in einer Umfangsrichtung an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs erstreckt. Somit sind die dämpfende Hülse an der Losflanschseite und die dämpfende Hülse an der Befestigungsflanschseite in der axialen Richtung durch die Dämpfungsnut voneinander getrennt, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, so dass beide Seiten der dämpfenden Hülse unabhängig einfacher verformt werden können. Dementsprechend wird eine Funktion dahingehend, eine Leckage von an den Hauptkörper angelegten Ultraschallwellen zu der Hauptkörperhülse hin zu verhindern, weiter verbessert, so dass eine Wärmeerzeugung aufgrund einer Ultraschallwellenleckage während eines Bearbeitungsprozesses bedeutsam reduziert werden kann.
Hier ist es bevorzugt, dass die Länge, in der axialen Richtung, des Hauptkörpers des abstützenden Horns auf 1/2 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt ist, die Länge, in der axialen Richtung, der dämpfenden Hülse des abstützenden Horns innerhalb 1/4 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt ist und der Basisbereich an einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position des Hauptkörpers und an einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position der dämpfenden Hülse ausgebildet ist. Durch diese Struktur kann der Hauptkörper des abstützenden Horns die Ultraschallwellen zu dem Haltehorn oder dergleichen übertragen, während sie selbst mit Ultraschallwellen wirksam vibriert, die an den Hauptkörper angelegt werden. Daher wird nicht nur der Bearbei tungsprozess schneller, was zu einer verbesserten Bearbeitungseffizienz führt, sondern es wird auch eine Funktion, um zu verhindern, dass Ultraschallwellen zu der Hauptkörperhülse entweichen, verbessert, so dass eine Wärmeerzeugung aufgrund einer Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses auf das Minimum gedrückt werden kann.
Indem die Breite der Dämpfungsnut in einem Bereich von 0,1% bis 3% der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt wird, zeigen sich ferner eine ausgezeichnete Funktion zur Übertagung von Ultraschallwellen und eine ausgezeichnete Funktion zum Verhindern einer Leckage von Ultraschallwellen, während die Festigkeit des abstützenden Horns beibehalten wird, so dass eine höhere Zuverlässigkeit und Haltbarkeit erreicht werden kann, während die Effizienz des Bearbeitungsprozesses auf hohem Niveau gehalten wird.
Indem ein Bereich vorgesehen ist, in dem sich der Außendurchmesser des Hauptkörpers des abstützenden Horns entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers innerhalb eines Bereichs des Innendurchmessers der dämpfenden Hülse kontinuierlich oder schrittweise ändert, wird ein verstärkendes abstützendes Horn, bei dem die gesamte Form des Hauptkörpers ausgehend von der Seite des Ultraschallvibrators in Richtung zu der Seite des Haltehorns hin im Durchmesser allmählich reduziert ist, oder ein dämpfendes abstützendes Horn erhalten, bei dem die gesamte Form in Richtung zu der Seite des Haltehorns hin im Durchmesser allmählich vergrößert ist. In jedem Fall können sich eine ausgezeichnete Funktion zur Übertagung von Ultraschallwellen und eine ausgezeichnete Funktion zum Verhindern einer Leckage von Ultraschallwellen ergeben, so dass eine Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und eine Reduzierung der Wärmeerzeugung aufgrund einer Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses erreicht werden können.
Ferner ist ein abstützendes Horn, wie in Anspruch 6 definiert, gemäß der vorliegenden Erfindung ein abstützendes Horn, das mit einem Ultraschallvibrator verbunden ist, der innerhalb eines Spindelhauptkörpers einer Ultraschallmaschine angeordnet ist, wobei das abstützende Horn einen Hauptkörper, der koaxial mit dem Ultraschallvibrator verbunden ist, einen Basisbereich, der in einer Randform einer äußeren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers ausgebildet ist, eine elastische zylindrische dämpfende Hülse, die durch Verlängerung eines äußeren peripheren Bereichs des Basisbereichs in der axialen Richtung ausgebildet ist, einen Losflansch, der an einem Ende der dämpfenden Hülse ausgebildet ist, einen Befestigungsflansch, der an dem anderen Ende der dämpfenden Hülse ausgebildet ist, und einen Spaltbereich umfasst, der entlang einer Umfangsrichtung an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs vorgesehen ist.
Indem das abstützende Horn an der Seite des Ultraschallvibrators in einer Stellung angeordnet ist, in der der Losflansch des abstützenden Horns zu einer inneren peripheren Stirnfläche der zylindrischen Hauptkörperhülse, die innerhalb des Spindelhauptkörpers der Ultraschallmaschine vorgesehen ist, verschiebbar ist und mit dieser Kontakt hat, und das abstützende Horn an der Hauptkörperhülse in einer Stellung befestigt ist, in der der Losflansch in der axialen Richtung gefesselt ist, wird das abstützende Horn in der axialen Richtung an der Position des Befestigungsflanschbereichs gehalten, während das abstützende Horn an der Stelle des Losflanschs in der quer verlaufenden Richtung gehalten ist, aber nicht in der axialen Richtung gehalten ist. Daher erlaubt der Hauptkörper des abstützenden Horns eine wirksame Übertragung von dem Ultraschallvibrator angelegter Ultraschallvibration in der axialen Richtung durch eine sich streckende/zusammenziehende Bewegung des Hauptkörpers des abstützenden Horns selbst. Auch werden, indem der Spaltbereich vorgesehen ist, jeder des Losflansches und des Befestigungsflansches der dämpfenden Hülse unabhängig von dem Hauptkörper des abstützenden Horns auf einfache Weise verformt, so dass an den Hauptkörper des abstützenden Horns angelegte Ultraschallwellen davon abgehalten werden, durch den Losflansch und den Befestigungsflansch hin zu der Hauptkörperhülse zu entweichen.
Wie oben beschrieben, kann eine Wärmeerzeugung aufgrund einer Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses merklich reduziert werden, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert wird, weil es möglich wird, von dem Ultraschallvibrator an das Haltehorn und dergleichen angelegte Ultraschallwellen ohne Verschwendung zu übertragen. Zusätzlich ist ein Abstandshalter oder dergleichen nicht erforderlich, weil nur der Befestigungsflansch an der Hauptkörperhülse befestigt ist. Folglich wird die Anzahl von Bauteilen reduziert und es ist eine genaue Anpassung beim Zusammenbau nicht erforderlich, so dass die Anzahl an Montageschritten merklich verringert werden kann. Außerdem kann eine Wärmeerzeugung, die durch ein Befestigen eines Abstandshalters an dem Flansch ohne einen Zwischenraum zwischen diesen verursacht wird, verhindert werden, was bei der herkömmlichen Struktur ein Problem dargestellt hat.
Hier ist, als der Spaltbereich, eine Dämpfungsnut vorgesehen, die sich in einer Umfangsrichtung in einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs erstreckt. Daher sind die dämpfende Hülse an der Losflanschseite und die dämpfende Hülse an der Befestigungsflanschseite in der axialen Richtung durch die sich in der Umfangsrichtung erstreckende Dämpfungsnut voneinander getrennt, so dass beide Seiten der dämpfenden Hülse auf einfachere Weise unabhängig verformt werden können. Folglich wird eine Funktion, eine Leckage von an den Hauptkörper angelegten Ultraschallwellen zu der Hauptkörperhülse zu verhindern, weiter verbessert.
Indem die Länge, in der axialen Richtung, des Hauptkörpers des abstützenden Horns auf 1/2 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt wird, die Länge, in der axialen Richtung, der dämpfenden Hülse des abstützenden Horns innerhalb 1/4 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt wird, und der Basisbereich an einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position des Hauptkörpers und an einer in der axialen Richtung dazwischenliegenden Position der dämpfenden Hülse Richtung ausgebildet wird, kann der Hauptkör per des abstützenden Horns, während er selbst wirksam mit an den Hauptkörper angelegten Ultraschallwellen vibriert, die Ultraschallwellen zu dem Haltehorn oder dergleichen übertragen. Daher wird eine Funktion, Ultraschallwellen davon abzuhalten, zu der Hauptkörperhülse zu entweichen, verbessert.
Indem die Breite der Dämpfungsnut in einem Bereich von 0,1% bis 3% der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt wird, werden eine ausgezeichnete Funktion zur Übertragung von Ultraschallwellen und eine ausgezeichnete Funktion zum Verhindern einer Leckage von Ultraschallwellen erreicht, während die Festigkeit des abstützenden Horns aufrechterhalten wird.
Indem ein Bereich vorgesehen ist, in dem sich der Außendurchmesser des Hauptkörpers des abstützenden Horns kontinuierlich oder schrittweise entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers innerhalb eines Bereichs des Innendurchmessers der dämpfenden Hülse ändert, wird ein verstärkendes abstützendes Horn, bei dem die gesamte Form des Hauptkörpers ausgehend von der Seite des Ultraschallvibrators in Richtung zu der Seite des Haltehorns hin zu allmählich im Durchmesser reduziert ist, oder ein dämpfendes abstützendes Horn erhalten, bei dem die gesamte Form in Richtung zu der Seite des Haltehorns hin zu im Durchmesser allmählich vergrößert ist. In jedem Fall können eine ausgezeichnete Ultraschallwellenfunktion und eine ausgezeichnete Funktion zum Verhindern einer Leckage von Ultraschallwellen erreicht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Längsquerschnittsansicht, die eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine zeigt, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Spindelstruktur in der Nähe eines Spindelhauptkörpers in 1;
3A ist eine Aufsicht auf ein abstützendes Horn, das die in 1 gezeigte Spindelstruktur bildet, und 3B ist eine seitliche Teilschnittansicht des abstützenden Horns;
4A und 4B sind veranschaulichende Diagramme, die übertrieben zeigen, wie ein abstützendes Horn verformt wird, wenn Ultraschallvibration angelegt wird, bei denen 4A eine Verformung in gestreckter Weise zeigt und 4B eine Verformung in zusammengezogener Weise zeigt;
5A und 5B sind veranschaulichende Diagramme, die übertrieben zeigen, wie entsprechende Bauteile, die einen Ultraschallwellenübertragungsweg bilden, verformt werden, bei denen 5A eine Verformung in gestreckter Weise zeigt und 5B eine Verformung in zusammengezogener Weise zeigt;
6 ist eine schematische Längsquerschnittsansicht, die eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine zeigt, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 ist eine axiale Querschnittsansicht, die ein dämpfendes abstützendes Horn zeigt, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8 ist eine axiale Querschnittsansicht, die ein verstärkendes abstützendes Horn zeigt, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
9 ist eine schematische Längsquerschnittsansicht, die einen Hauptteil einer Spindelstruktur einer herkömmlichen Ultraschallmaschine zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Längsquerschnittsansicht, die eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine zeigt, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Spindelstruktur in der Nähe eines Spindelhauptkörpers in 1; 3A ist eine Aufsicht auf ein abstützendes Horns, das die in 1 gezeigte Spindelstruktur bildet, und 3B ist eine Teilschnittansicht des abstützenden Horns von der Seite.
Wie in 1 und 2 gezeigt, ist ein hohles zylindrisches Gehäuse 1 an seinem oberen Ende mit einem Antriebsmotor 2 ausgestattet und ein Spindelhauptkörper 3, der über eine Kupplung 2a mit einer Abtriebswelle des Antriebsmotors 2 verbunden ist, ist in dem Gehäuse 1 über ein dazu koaxiales Lager 1a angeordnet. Der Spindelhauptkörper 3 ist mit einer Stange 3a, deren obere Endseite mit der Kupplung 2a verbunden ist, und einer zylindrischen Hauptkörperhülse 3b ausgestattet, die an einem unteren Ende der Stange 3a koaxial zu dieser ausgebildet ist und deren unteres Ende offen ist.
Rechts unter der Stange 3a, die mit der Kupplung 2a verbunden ist, ist ein kreisförmiger, Elektrizität empfangener Bereich 3c vorgesehen und eine elektrische Leitung zu dem empfangenen Bereich 3c ist ausgehend von einer Leistungszufuhreinheit 1b, die an dem Gehäuse 1 befestigt ist, über eine Leistung zuführende Bürste hergestellt. Dann wird ein Ultraschallvibrator 4, der hinsichtlich des empfangenen Bereichs 3c leitfähig hergestellt ist, in der Hauptkörperhülse 3b untergebracht und ein abstützendes Horn 6 und ein Haltehorn 5 werden so angeordnet, dass sie an einem unteren Ende des Ultraschallvibrators 4 koaxial miteinander verbunden sind.
Der Ultraschallvibrator 4 weist einen unteren Endbereich auf, der als Ausgabebereich 4b dient, der als Massenpunkt wirkt, der Ultraschallvibration verstärkt. Der Ultraschallvibrator 4 ist über einen Versorgungsdraht hinsichtlich des kreisförmigen, Elektrizität empfangenden Bereich 3c leitfähig ausgebildet, der an der Stange 3a des Spindelhauptkörpers 3 befestigt ist. Wenn ausgehend von der Leistungszufuhreinheit 1b eine Leitung hergestellt ist, wird Ultraschallvibration von 15 kHz bis 65 kHz, deren Vibrationsrichtung mit der axialen Richtung zusammenfällt, erzeugt.
Der Ultraschallvibrator 4 ist in der Hauptkörperhülse 3b des Spindelhauptkörpers 3 so angeordnet, dass er mit dem abstützenden Horn 6 koaxial verbunden ist, und das Haltehorn 5 ist so angeordnet, dass es mit dem abstützenden Horn 6 koaxial verbunden ist. Daher werden an dem Ausgabebereich 4b induzierte Ultraschallvibrationen über das abstützende Horn 6 zu dem Haltehorn 5 übertragen.
Das abstützende Horn 6 ist beispielsweise ein baueinheitlich ausgebildetes, gegossenes Produkt, das aus rostfreiem Stahlmaterial hergestellt ist. Wie in 3 gezeigt, umfasst das abstützende Horn 6 einen festen zylindrischen Hauptkörper 6a, der koaxial mit dem Ultraschallvibrator 4 verbunden ist, einen Basisbereich 6c, der in einer Randform an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers 6a ausgebildet ist, eine elastische zylindrische dämpfende Hülse 6d, die durch Verlängerung eines äußeren Umfangs des Basisbereichs 6c in der axialen Richtung ausgebildet ist, einen Losflansch 6e, der an einem Ende (ein Endbereich, der an der Seite des Ultraschallvibrators 4 positioniert ist) der dämpfenden Hülse 6b ausgebildet ist, und einen Befestigungsflansch 6f, der an dem anderen Ende der dämpfenden Hülse 6f ausgebildet ist, und eine Dämpfungsnut 6g, die an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs 6c entlang der Umfangsrichtung desselben ausgebildet ist.
Das abstützende Horn 6 ist an der Seite des Ultraschallvibrators 4 in einer Stellung angeordnet, in der das abstützende Horn 6 in seiner quer verlaufenden Richtung gehalten ist, indem eine äußere periphere Stirnfläche des Losflansches 6e so ausgeführt ist, dass sie an eine innere periphere Stirnfläche der Hauptkörperhülse 3b angrenzt, und der Befestigungsflansch 6f ist an einem distalen Ende der Hülse 3b in einer Stellung befestigt, in der er wenigstens in einer quer verlaufenden Richtung gehalten ist, indem eine Stirnfläche des Befestigungsflansches 6f, die in der axialen Richtung quer verläuft, in Kontakt mit einem distalen Endbereich der Hauptkörperhülse 3 gebracht wird, um den Befestigungsflansch zu fixieren. Durch diese Struktur kann der Hauptkörper 6a des abstützenden Horns 6 von dem Ultraschallvibrator 4 angelegte Ultraschallvibration in der axialen Richtung gemäß seiner eigenen sich streckenden/zusammenziehenden Bewegung wirksam übertragen, weil das abstützende Horn 6 an der Position des Befestigungsflansches 6f wenigstens in der axialen Richtung gehalten ist, während das abstützende Horn 6 an der Position des Losflansches 6a in der quer verlaufenden Richtung gehalten ist, aber in der axialen Richtung nicht gehalten ist. Indem eine Dämpfungsnut 6g vorgesehen ist, die als Spaltbereich an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs 6c des abstützenden Horns 6 entlang der Umfangsrichtung dient, wird zusätzlich jeder des Losflansches 6e und des Befestigungsflansches 6f der dämpfenden Hülse unabhängig auf einfache Weise verformt, so dass an den Hauptkörper 6a angelegte Ultraschallwellen davon abgehalten werden, zu der Hauptkörperhülse 3b zu entweichen.
Mit anderen Worten, von dem Ultraschallvibrator 4 an das abstützende Horn 6 angelegte Ultraschallwellen werden über das Haltehorn 5 oder dergleichen ohne Verlust zu einem Schneidwerkzeug 5a übertragen, wodurch eine Wärmeerzeugung verhindert wird, die durch die Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses verursacht wird. Dies beseitigt auch den Einfluss einer kleinen Verformung des abstützenden Horns oder dergleichen aufgrund von Wärmeerzeugung, was zu einer verbesserten Rotationsschwinggenauigkeit führt, und die Bearbeitungsgenauig keit ist bei einer hohen Drehzahl nicht betroffen und wird verbessert. Weil nur der Befestigungsflansch 6f an der Hauptkörperhülse 3b in einer Stellung befestigt ist, in der der Befestigungsflansch 6f in der axialen Richtung gehalten ist, wird außerdem ein Abstandshalter oder dergleichen nicht benötigt. Folglich wird die Anzahl von Bauteilen reduziert und eine genaue Einstellung ist beim Zusammenbau nicht erforderlich, so dass die Anzahl an Montageschritten beträchtlich verringert werden kann. Außerdem kann eine Wärmeerzeugung, die durch ein Befestigen eines Abstandshalters an dem Flansch ohne einen Zwischenraum dazwischen verursacht wird, verhindert werden, was bei der herkömmlichen Struktur ein Problem dargestellt hat.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird hier erläutert, wie das abstützende Horn 6 verformt wird, wenn Ultraschallvibration von dem Ausgabebereich 4b des Ultraschallvibrators 4 angelegt wird. 4A und 4B sind veranschaulichende Diagramme, die übertrieben zeigen, wie ein abstützendes Horn verformt wird, wenn Ultraschallvibration angelegt wird, in denen 4A eine Verformung in gestreckter Weise zeigt und 4B eine Verformung in zusammengezogener Weise zeigt. 5A und 5B sind veranschaulichende Diagramme, die übertrieben zeigen, wie entsprechende Bauteile, die einen Ultraschallwellenübertragungsweg bilden, verformt werden, in denen 5A eine Verformung in gestreckter Weise zeigt und 5B eine Verformung in zusammengezogener Weise zeigt.
Wenn Ultraschallvibration in der axialen Richtung des abstützenden Horns 6 wirkt, wiederholt das abstützende Horn 6 abwechselnd eine Verformung, bei der der Hauptkörper 6a sich in der axialen Richtung zusammenzieht und in der radialen Richtung expandiert, wie in 4b gezeigt, und eine Verformung, bei der der Hauptkörper 6a sich in der axialen Richtung streckt und sich in der radialen Richtung zusammenzieht, wie in 4A gezeigt. Eine solche wiederholte, sich zusammenziehende und streckende Verformung des abstützenden Horns 6 wird zu dem Haltehorn 5 übertragen, das mit dem unteren Ende des abstützenden Horns 6 verbunden ist, und das Haltehorn 5 wiederholt auch, wie das abstützende Horn 6, die sich zusammenziehende und streckende Verformung. Der Unterschied zwischen der sich zusammenziehenden Verformung und der sich streckenden Verformung des Haltehorns 5 bildet eine Amplitude einer Ultraschallvibration des Schneidwerkzeugs 5a.
Wenn das abstützende Horn 6 die sich zusammenziehende und sich streckende Verformung, wie in 4A und 4B gezeigt, wiederholt, wird die dämpfende Hülse 6b aufgrund ihrer geringen Dicke einfach elastisch verformt, so dass die Ultraschallvibration des Hauptkörpers 6a durch die elastische Verformung absorbiert wird. Das heißt, dass die Ultraschallvibration mit hohem Wirkungsgrad in der Richtung des Haltehorns 5 ohne Leckage der Ultraschallvibration zu der Hülse 3b übertragen werden kann, weil die Ultraschallvibration, die von dem Ultraschallvibrator 4 zu dem Hauptkörper 6a des abstützenden Horns 6 übertragen wird, durch die dämpfende Hülse 6b gedämpft wird, wenn sie zu der Hauptkörperhülse 3b der Spindel 3 übertragen wird.
Bei dieser Ausführungsform, wie in 3A und 3B gezeigt, ist eine Länge L, die die Länge des Hauptkörpers 6a des abstützenden Horns 6 in der axialen Richtung darstellt, auf 1/2 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt und der Basisbereich 6c ist an einer dazwischen liegenden Position der Länge L des Hauptkörpers 6a ausgebildet. Durch diese Struktur kann der Hauptkörper 6a des abstützenden Horns 6, während er selbst mit an den Hauptkörper 6a angelegten Ultraschallwellen wirksam vibriert, die Ultraschallwellen zu dem Haltehorn 5 oder dergleichen übertragen, wodurch der Bearbeitungsprozess beschleunigt und die Bearbeitungseffizienz verbessert werden.
Eine Länge 1, die die Länge der dämpfenden Hülse 6d des abstützenden Horns 6 in der axialen Richtung darstellt, ist innerhalb 1/4 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt und der Basisbereich 6c ist an einer dazwischen liegenden Position der Länge 1 der dämpfenden Hülse 6f ausgebildet. Durch diese Struktur wird eine Funktion, zu verhindern, dass eine an den Hauptkörper 6a des abstützenden Horns 6 angelegte Ultra schallwelle in die Hauptkörperhülse 3b entweicht, in höchstem Maß verbessert, so dass eine Wärmeerzeugung aufgrund der Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses auf das Minimum gedrückt werden kann.
Eine Breite W der Dämpfungsnut 6g ist auf 3% der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt und eine Tiefe D der Dämpfungsnut 6g ist in einer Größenordnung von 1/2 eines Unterschieds zwischen einem Außendurchmesser R des Basisbereichs 6c und einem Außendurchmesser r des Hauptkörpers 6a an der Position des Hauptkörpers 6a festgelegt. Durch diese Struktur werden eine ausgezeichnete Funktion zur Übertragung von Ultraschallwellen und eine Funktion zum Verhindern einer Leckage von Ultraschallwellen erreicht, während die für das abstützende Horn 6 erforderliche Festigkeit beibehalten wird, und es werden eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit und Haltbarkeit erreicht, während der Wirkungsgrad des Bearbeitungsprozesses auf einem hohen Niveau gehalten werden kann.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine zeigt, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Bei dieser Ausführungsform sind der Ultraschallvibrator 4, ein abstützendes Horn 6x und das abstützende Horn 6 so angeordnet, dass sie innerhalb einer Hauptkörperhülse 10a einer Spindel 10 einer Ultraschallmaschine miteinander verbunden sind, und ein Bearbeitungswerkzeug 11 ist an einem distalen Ende des abstützenden Horns 6 befestigt. Die Form und Funktion des abstützenden Horns 6 und der Befestigungsstruktur des abstützenden Horns 6 mit der Hauptkörperhülse 10a sind mit der Form und Funktion des abstützenden Horns 6 und der Befestigungsstruktur des abstützenden Horns 6 an der Hülse 3a, die in 1 bis 5 gezeigt sind, vergleichbar.
Das abstützende Horn 6x hat die Form und Funktion, die mit denen des abstützenden Horns 6 abgesehen davon vergleichbar sind, dass zwei Losflansche 6s, 6t vorgesehen sind, die den gleichen Durchmesser haben. An den Positionen der Losflansche 6s, 6d ist das abstützende Horn 6x in der quer verlaufenden Richtung gehalten, aber nicht in der axialen Richtung gehalten.
Mit der obigen Struktur kann eine von dem Ultraschallvibrator 4 angelegte Ultraschallvibration wirksam zu dem Bearbeitungswerkzeug 11 über das abstützende Horn 6x und das abstützende Horn 6 übertragen werden, während verhindert wird, dass die Ultraschallvibration zu der Hauptkörperhülse 10a entweicht. Dementsprechend kann ein Schneidprozess an einem Werkstück 12 bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden und eine Wärmeerzeugung ausgehend von dem Ultraschallvibrationssystem während des Bearbeitungsprozesses kann merklich reduziert werden. Zusätzlich ist die Spindelstruktur bei dieser Ausführungsform hinsichtlich einem von dem Bearbeitungswerkzeug 11 erhaltenen Moment widerstandsfähig, weil die zwei abstützenden Hörner 6x, 6 so angeordnet sind, dass sie koaxial miteinander verbunden sind, und ist daher für eine höhere Ausgangsleistung des Vibrators 4 und dann bevorzugt, wenn ein großer Teil des Werkstücks 12 bearbeitet wird. Die anderen Funktionen und Wirkungen dieser Ausführungsform sind mit denen der in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform vergleichbar.
Unter Bezugnahme auf 7 und 8 werden als nächstes abstützende Hörner 20 und 30 erläutert, die weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen. In 7 und 8 geben Bereiche, die die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 bis 5 tragen, die Bereiche an, die die gleichen Funktionen und Wirkungen wie die Bereiche haben, die in 1 bis 5 gezeigt sind, und eine Erläuterung derselben wird weggelassen.
Das abstützende Horn 20, das in 7 gezeigt ist, ist mit einem Bereich mit einem sich kontinuierlich vergrößernden äußeren Durchmessers eines Hauptkörpers 20a entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers 20a in Richtung auf das Haltehorn 5 zu innerhalb des Bereichs eines Innendurchmessers 20r einer dämpfenden Hülse 20d ausgestattet, wodurch ein dämpfendes abstützendes Horn gebildet wird, bei dem der Hauptkörper 20a so aus geformt ist, dass er sich im Durchmesser ausgehend von der Seite des Ultraschallvibrators 4 in Richtung auf die Seite des Haltehorns 5 zu allmählich vergrößert. Eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine, die mit diesem dämpfenden abstützenden Horn 20 hergestellt ist, ermöglicht es, die Ultraschallmaschine optimal an Bearbeitungsbedingungen für ein Werkstück anzupassen, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert wird. Andere Funktionen und Wirkungen des abstützenden Horns bei dieser Ausführungsform sind mit denjenigen bei dem zuvor genannten abstützenden Horn 6 vergleichbar.
Das abstützende Horn 30, das in 8 gezeigt ist, ist in einem Bereich mit einem sich kontinuierlich verkleinernden Außendurchmessers eines Hauptkörpers 30a entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers 30a in Richtung auf das Haltehorn 5 zu innerhalb des Bereichs eines Innendurchmessers 30r einer dämpfenden Hülse 30d ausgestattet, wodurch ein verstärkendes abstützendes Horn gebildet wird, bei dem der Hauptkörper 30a so ausgeformt ist, dass er sich im Durchmesser ausgehend von der Seite des Ultraschallvibrators 4 in Richtung auf die Seite des Haltehorns 5 zu allmählich verkleinert. Eine Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine, die mit diesem verstärkenden abstützenden Horn 30 sowie mit dem oben genannten abstützenden Horn 20 hergestellt wird, ermöglicht es, die Ultraschallmaschine optimal an Bearbeitungsbedingungen für ein Werkstück anzupassen, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert wird. Andere Funktionen und Wirkungen des abstützenden Horns bei dieser Ausführungsform sind mit denen bei dem zuvor genannten abstützenden Horn 6 vergleichbar.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden folgende Vorteile erreicht.

(1) Indem eine Spindelstruktur verwendet wird, die einen Spindelhauptkörper, der um eine axiale Linie desselben rotatorisch angetrieben ist, einen Ultraschallvibrator, der in einer in dem Spindelhauptkörper ausgebildeten zylindrischen Hauptkörperhülse untergebracht ist und ein abstützendes Horn umfasst, das inner halb der Hauptkörperhülse mit dem Ultraschallvibrator verbunden ist, bei der das abstützende Horn einen Hauptkörper, der koaxial mit dem Ultraschallvibrator verbunden ist, einen Basisbereich, der in einer Randform einer äußeren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers ausgebildet ist, eine elastische zylindrische dämpfende Hülse, die durch Verlängerung einer äußeren Peripherie des Basisbereichs in der axialen Richtung ausgeformt ist, einen Losflansch, der an einem Ende der dämpfenden Hülse ausgeformt ist, einen Befestigungsflansch, der an dem anderen Ende der dämpfenden Hülse ausgebildet ist, und einen Spaltbereich umfasst, der an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs entlang einer Umfangsrichtung desselben ausgebildet ist, wobei der Losflansch an der Seite des Ultraschallvibrators in einer Stellung angeordnet ist, in der der Losflansch zu einer inneren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers verschiebbar ist und mit dieser in Kontakt steht, und wobei der Befestigungsflansch an der Hauptkörperhülse in einer Stellung befestigt ist, so dass der Befestigungsflansch in der axialen Richtung gehalten ist, wird die Anzahl an Montageschritten einer Spindel reduziert, wird die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert und kann eine Wärmeerzeugung aufgrund einer Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses verringert werden.
(2) Indem die Dämpfungsnut, die sich in der Umfangsrichtung an der äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs erstreckt, als Spaltbereich des abstützenden Horns vorgesehen ist, wird die Funktion, zu verhindern, dass eine an den Hauptkörper angelegte Ultraschallwelle zu der Hauptkörperhülse entweicht, weiter verbessert, so dass eine Wärmeerzeugung aufgrund einer Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses bedeutsam reduziert werden kann.
(3) Indem die Länge, in der axialen Richtung, des Hauptkörpers des abstützenden Horns auf 1/2 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt wird, die Länge, in der axialen Richtung, der dämpfenden Hülse des abstützenden Horns innerhalb 1/4 der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festge legt wird und der Basisbereich an einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position des Hauptkörpers und an einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position der dämpfenden Hülse ausgebildet wird, wird die Geschwindigkeit des Bearbeitungsprozesses erhöht und wird die Bearbeitungseffizienz verbessert. Ferner kann eine Wärmeerzeugung aufgrund einer Ultraschallwellenleckage während des Bearbeitungsprozesses auf das minimale Niveau gedrückt werden.
(4) Indem die Breite der Dämpfungsnut auf 0,1% bis 3% der Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt wird, kann eine ausgezeichnete Haltbarkeit erreicht werden, während der Wirkungsgrad des Bearbeitungsprozesses auf hohem Niveau gehalten werden kann.
(5) Indem ein Bereich vorgesehen ist, in dem sich der Außendurchmesser des Hauptkörpers des abstützenden Horns kontinuierlich oder schrittweise entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers innerhalb des Bereichs des Innendurchmessers der Dämpfungshülse ändert, kann ein verstärkendes abstützendes Horn oder ein dämpfendes abstützendes Horn erhalten werden. In jedem Fall können die optimalen Bearbeitungsbedingungen gewählt werden, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert werden kann.

Obwohl spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine, die einen Spindelhauptkörper (3), der um eine axiale Line desselben rotatorisch angetrieben ist, einen Ultraschallvibrator (4), der in einer in dem Spindelhauptkörper (3) ausgebildeten zylindrischen Hauptkörperhülse (3b) untergebracht ist, und ein abstützendes Horn (6) umfasst, das mit dem Ultraschallvibrator (4) in der Hauptkörperhülse (3b) verbunden ist, wobei das abstützende Horn (6) einen Hauptköper (6a), der koaxial mit dem Ultraschallvibrator (4) verbunden ist, einen Basisbereich (6c), der in einer Randform an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers (6a) ausgebildet ist, eine elastische zylindrische dämpfende Hülse (6d), die durch Verlängerung einer äußeren Peripherie des Basisbereichs (6c) in der axialen Richtung ausgebildet ist, und einen Befestigungsflansch (6f) umfasst, der an dem anderen Ende der dämpfenden Hülse (6d) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch einen Losflansch (6e), der an einem Ende der dämpfenden Hülse ausgebildet ist, wobei der Losflansch (6e) des abstützenden Horns (6) an einer Seite des Ultraschallvibrators (4) in einer Stellung angeordnet ist, in der der Losflansch (6e) zu einer inneren peripheren Stirnfläche der Hauptkörperhülse (3b) verschiebbar ist und mit dieser in Kontakt steht, und wobei der Befestigungsflansch (6f) an der Hauptkörperhülse (3b) in einer Stellung befestigt ist, in der der Befestigungsflansch (6f) in der axialen Richtung gehalten ist, und einen Spaltbereich (6g), der an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs (6c) entlang einer Umfangsrichtung desselben ausgebildet ist.
Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine gemäß Anspruch 1, bei der der Spaltbereich (6g) des abstützenden Horns eine Dämpfungsnut ist, die sich in einer Umfangsrichtung an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs (6c) erstreckt.
Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der eine Länge des Hauptkörpers (6a) des abstützenden Horns (6) in der axialen Richtung auf 1/2 einer Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt ist, eine Länge der dämpfenden Hülse (6d) des abstützenden Horns (6) in der axialen Richtung innerhalb 1/4 der Wellenlänge der angelegten Ultraschallwelle festgelegt ist und der Basisbereich (6c) an einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position des Hauptkörpers (6a) und an einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position der dämpfenden Hülse (6d) ausgebildet ist.
Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine gemäß Anspruch 2, bei der eine Breite der Dämpfungsnut (6g) auf 0,1 % bis 3 einer Wellenlänge einer angewendeten Ultraschallwelle festgelegt ist.
Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Hauptkörper (6a) des abstützenden Horns (6) einen Bereich aufweist, in dem sich ein Außendurchmesser des Hauptkörpers (6a) kontinuierlich oder schrittweise entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers (6a) in einem Bereich eines Innendurchmessers der dämpfenden Hülse (6d) ändert.
Abstützendes Horn mit einem Ultraschallvibrator (4) und in einer zylindrischen Hauptkörperhülse (3b) für die Spindelstruktur einer Ultraschallmaschine gemäß Anspruch 1 angeordnet, wobei das abstützende Horn (6) mit dem Ultraschallvibrator (4) verbunden ist, der in der zylindrischen Hauptkörperhülse (3b) angeordnet ist, die innerhalb eines Spindelhautkörpers (3) der Ultraschallmaschine vorgesehen ist, wobei das abstützende Horn (6) mit dem Ultraschallvibrator (4) in der zylindrischen Hauptkörperhülse (3b) verbunden ist, wobei das abstützende Horn (6) umfasst: einen Hauptköper (6a), der koaxial mit dem Ultraschallvibrator (4) verbunden ist, einen Basisbereich (5c), der in einer Randform an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Hauptkörpers (5a) ausgebildet ist, eine elastische zylindrische dämpfende Hülse (6d), die durch Verlängerung eines äußeren peripheren Teils des Basisbereichs (5c) in Richtung zu beiden Enden des einteiligen zylindrischen Hauptkörpers (5a) in der axialen Richtung ausgebildet ist, um den einteiligen zylindrischen Hauptkörper (5a) zu umgeben, und einen Befestigungsflansch (5f), der an dem anderen Ende der dämpfenden Hülse (6d) ausgebildet ist, um als ein distales Ende der Hauptkörperhülse (3b) in einer Stellung befestigt zu sein, in der der Befestigungsflansch (5f) in einer axialen Richtung desselben gehalten ist, indem eine Stirnfläche des Befestigungsflanschs (5f), die in der axialen Richtung quer verläuft, in Kontakt mit dem distalen Ende der Hauptkörperhülse (3b) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (6a) ein einteiliger zylindrischer Hauptköper (5a) ist, der Basisbereich an einer in axialer Richtung dazwischen liegenden Position einer Länge des einteiligen zylindrischen Hauptkörpers (5a) ausgebildet ist, ein Losflansch (6e), der an einer Seite des Ultraschallvibrators (4) in einer Stellung angeordnet ist, in der der Losflansch (6e) in einer quer verlaufenden Richtung desselben gehalten ist, indem er an eine innere periphere Stirnfläche der Hauptköperhülse (3b) angrenzt, an einem Ende der dämpfenden Hülse (5d) ausgebildet ist, und ein Spaltbereich (6g) entlang einer Umfangsrichtung an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs (6c) vorgesehen ist.
Abstützendes Horn nach Anspruch 6, bei dem der Spaltbereich (6g) eine Dämpfungsnut ist, die sich in einer Umfangsrichtung an einer äußeren peripheren Stirnfläche des Basisbereichs (6c) erstreckt.
Abstützendes Horn nach Anspruch 6 oder 7, bei dem eine Länge des Hauptkörpers (6a) des abstützenden Horns (6) in der axialen Richtung auf 1/2 einer Wellenlänge einer angelegten Ultraschallwelle festgelegt ist, eine Länge der dämpfenden Hülse (6d) des abstützenden Horns (6) in der axialen Richtung innerhalb 1/4 der Wellenlänge der angelegten Ultraschallwelle festgelegt ist und der Basisbereich (6c) in einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position des Hauptkörpers (6a) und in einer in der axialen Richtung dazwischen liegenden Position der dämpfenden Hülse (6d) ausgebildet ist.
Abstützendes Horn nach Anspruch 7, bei dem eine Breite der Dämpfungsnut (6g) auf 0,1 % bis 3 % einer Wellenlänge einer angewendeten Ultraschallwelle festgelegt ist.
Abstützendes Horn nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der Hauptkörper (6a) des abstützenden Horns (6) einen Bereich aufweist, in dem sich ein Außendurchmesser des Hauptkörpers (6a) kontinuierlich oder schrittweise entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers (6a) in einem Bereich eines Innendurchmessers der dämpfenden Hülse (6d) ändert.