JP2000061786A - 超音波加工用ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工具折損時の工具交換を容易にして作業効率を
改善するとともに、工具に対する超音波駆動効率を向上
させる超音波加工用ヘッド装置を提供する。 【解決手段】超音波加工用ヘッド装置は、ホーン１と、
ホルダ２と、工具３と、スタッド４とを備えて構成され
る。ホーン１とホルダ２は、スタッド４によるネジ締結
作用により連結固定されており、また、ホルダ２と工具
３も同様に、スタッド４によるネジ締結作用により連結
固定されている。従って、ホーン１と工具３は、ホルダ
２およびスタッド４により一体構造化され、超音波加工
用ヘッド装置として構成される。工具３がＰ点において
折損し、取付ネジ部８のＱ点の部分がホルダ２の内部に
残留した場合には、ホルダ２をホーン１より取り外すこ
とにより、該残留部分をホルダ２より取り除くことがで
きる。またＱ点の部分の取り外しが不可能な場合には、
ホルダ２を工具３に付随して交換し、ホーン１を再利用
することにより、交換処置として対処することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波加工用ヘッド
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に広く実用されている超音波加工機
においては、各種の難加工素材に対応して、超音波振動
を伝達するホーンと、該ホーンに連結されて微細に励振
駆動される超音波工具（以下、工具と云う）とが、一体
構造として構成される超音波加工用ヘッド装置が用いら
れており、広範にわたる種々の加工処理が実施されてい
る。前記工具は、加工対象の加工素材によって差異はあ
るものの、その使用状況に応じて摩耗が生じ、比較的に
短期間の運用経過後においても工具の交換を求められる
ことがある。従って、超音波加工機の実運用上において
は、前記工具の交換処理の難易度および経済性が一つの
重要なファクターとなっている。

【０００３】従来の超音波加工機における超音波加工用
ヘッド装置の例として、図５に示される従来例（第１の
従来例と云う）においては、ホーン１１には、工具１３
を取付けるための雌ネジ部１２が設けられており、対応
する工具１３には、ホーン１１に対応する端部に、前記
雌ネジ部１２に挿入してネジ止めする雄ネジ部１５と、
該雄ネジ部１５に隣接して、スパナにより工具１３をホ
ーン１１に取付ける際に用いるスパナ嵌合部１４が設け
られている。この従来例の場合には、工具１３の交換
は、スパナにより、スパナ嵌合部１４を介して、雄ネジ
部１５をホーン１１の雌ネジ部１２に対して着脱するこ
とにより行われる。また、図６に示される従来例（第２
の従来例と云う）の場合には、ホーン１６には、クラン
プ部１８を取付けるための雌ネジ部１７が設けられてお
り、対応するクランプ部１８には、ホーン１６に対応す
る端部に、前記雌ネジ部１７に挿入してネジ止めする雄
ネジ部１９が設けられ、工具２０に対応する側には、該
工具２０を挿入してクランプ接続する切込み部と固定用
ネジ２１が設けられている。この従来例の場合には、工
具２０の交換は、予め雄ネジ部１９をホーン１６の雌ネ
ジ部１７にネジ締めすることにより、ホーン１６に固定
されたクランプ部１８に対応して、前記固定用ネジ２１
を介して工具２０を前記切込み部に対して着脱すること
により行われている。また、他の従来例として、実開昭
６２−１２３８５０号公報の「超音波加工用フォーン」
に示される従来例（第３の従来例と云う）においては、
図７に示されるように、フォーン（以下、ホーンと云
う）本体２２の先端に螺子部２５が設けられており、こ
れに対して工具として機能する加工部２７は、ホーン本
体２２に対応する端部に設けられた螺合部２６が、ホー
ン本体２２の螺子部２５に螺着自在となるようにして取
付けられている。従って、加工部２７の交換は、螺合部
２６を、ホーン本体２２の螺子部２５に対して着脱する
ことにより行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超音波
加工用ヘッド装置においては、前記第１の従来例の場合
には、工具１３の雄ネジ部１５が折損して、その破片が
ホーン１１の雌ネジ部１２の内部に残留した場合には、
該破片の除去が困難となり、その除去のために多大の時
間を消費する結果となって、本来の加工処理工程上に多
大の障害を生じるという欠点がある。更に、前記破片の
除去が不可能な場合には、工具１３の交換に加えて、ホ
ーン１１の交換をも必要になるという経済上の損失を生
じる欠点がある。

【０００５】また、第１の従来例においては、スパナ等
を用いて工具１３をホーン１１に対して着脱する際に、
スパナ嵌合部１４の外部形状の有効面積が比較的狭小で
あるために、スパナを該スパナ嵌合部１４に対し効果的
に掛けて工具１３の交換を行うことに難点があり、且
つ、工具１３の軸芯方向に対してはスパナが抜け易いた
めに、工具１３の交換に手間取り、作業効率が低下する
という欠点がある。

【０００６】次に、前記第２の従来例の場合には、クラ
ンプ部１８の形状が複雑になり、該クランプ部１８を、
その共振周波数が、振動子としての工具１３を含む超音
波加工用ヘッド全体の共振周波数に適合するように製作
することは実際上困難であり、工具１３に対する超音波
励振の伝達において損失を生じ、超音波駆動効率が劣化
するという欠点がある。また、クランプ部１８の雄ネジ
部１９が折損して、その破片がホーン１６の内部に残留
した場合には、前記第１の従来例の場合と同様に、その
除去のために多大の時間を消費し、加工処理工程上に多
大の障害を生じるという欠点があり、更に、前記破片の
除去が不可能な場合には、工具２０およびクランプ部１
８の交換に加えて、ホーン１６の交換をも必要とすると
いう経済上の損失を生じる欠点がある。

【０００７】そして、前記第３の従来例の場合には、ホ
ーン本体２２の螺子部２５が折損して、その破片が加工
部２７の螺合部２６のネジ穴内部に残留した場合には、
該破片の除去が困難となり、その除去のために多大の時
間を消費して、加工処理工程上に多大の障害を生じると
いう欠点があり、且つ、前記破片の除去が不可能な場合
には、工具２７の交換に加えて、ホーン本体２２の交換
をも必要になり、経済上の損失を生じるという欠点があ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波加工用ヘ
ッド装置は、超音波振動子の超音波振動を伝達するホー
ンと、該ホーンに装着して特定の加工素材に対する加工
工具として作用する超音波工具とを含む超音波加工用ヘ
ッド装置において、前記ホーンは、前記超音波工具を装
着する側に対応して、軸芯方向に沿って設けられた第１
の雌ネジ部を有し、前記超音波工具は、所定のホルダお
よびスタッドを介して前記ホーンに連結固定されてお
り、該ホルダは、軸芯方向に沿って貫通して設けられた
第２の雌ネジ部を有し、該スタッドは、前記第１の雌ネ
ジ部と前記第２の雌ネジ部の一部の雌ネジ部分の双方に
対してネジ込み挿入され、ネジ締結作用により前記ホー
ンと前記ホルダとを連結固定するように作用し、前記超
音波工具は、該超音波工具の雄ネジ部が前記ホルダの第
２の雌ネジ部の残余の雌ネジ部分にネジ込み挿入され
て、ネジ締結作用により前記ホルダに連結固定され、前
記ホーンと前記超音波工具が一体構造として構成される
ことを特徴としている。

【０００９】なお、前記超音波工具は、該超音波工具を
前記ホルダに対しネジ締結作用により連結固定する雄ネ
ジ部と、該雄ネジ部に直結して、軸芯方向に直交する平
面における断面の形状が多角形を呈する棒状体部と、該
棒状体部に取付けられ前記加工素材に対する加工機能を
有する工具先端部とを具備し、一体構造として構成する
ようにしてもよく、或はまた、前記超音波工具は、該超
音波工具を前記ホルダに対しネジ締結作用により連結固
定する雄ネジ部と、該雄ネジ部に直結して、軸芯方向に
直交する平面における断面の形状には相互に平行な対向
辺が現われる棒状体部と、該棒状体部に取付けられ前記
加工素材に対する加工機能を有する工具先端部とを具備
し、一体構造として構成するようにしてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１１】本発明の超音波加工用ヘッド装置の一実施
形態は、基本的には、超音波振動を伝達するホーンと加
工素材に対応する工具とを、軸芯方向に沿って雌ネジ部
を貫通して設けたホルダと、雄ネジ部として形成される
スタッドとを用いて、前記ホルダを介してネジ締結作用
により、ホーン、ホルダおよび工具を一体構造として構
成している点に特徴がある。以下、本発明の実施例につ
き説明する。

【００１２】図１（ａ）は、本発明の一実施例を示す外
観側面図であり、図１（ｂ）は、本実施例の構成要素を
個別に分離して示した外観側面図である。即ち、本実施
例は、ホーン１と、ホルダ２と、工具３と、スタッド４
とを備えて構成される。また図１（ｂ）において、ホー
ン１には、軸芯方向に沿って、スタッド４がネジ込み挿
入される雌ネジ部が設けられており、工具３には、ホル
ダ２にネジ込み挿入される取付ネジ部が設けられてい
る。ホルダ２には軸芯方向に沿って、雌ネジ部が貫通し
て設けられており、図１に示されるように、ホーン１と
ホルダ２は、ホーン１の前記雌ネジ部にネジ込み挿入さ
れるスタッド４を介して、ネジ締結作用により相互間が
連結固定されて一体化されている。また、ホルダ２と工
具３も同様に、ホルダ２の残余の雌ネジ部にネジ込み挿
入される工具３の前記取付ネジ部を介して、ネジ締結作
用により相互間が連結固定されて一体化されている。従
って、ホーン１と工具３は、図１（ａ）に示されるよう
に、ホルダ２およびスタッド４により一体構造化され、
超音波加工用ヘッド装置として構成される。

【００１３】なお、図１に示される工具３は超音波工具
の１実施例であり、該工具３は、図２（ａ）の外観側面
図に示されるように、ホルダ２の雌ネジ部にネジ込み挿
入されてネジ締結される取付ネジ部５と、棒状体部６
と、工具先端部７とを備えて構成される。以下において
は、まず工具３の折損時における工具交換対応策につい
て説明する。

【００１４】図１（ａ）において、工具３のＰ点におい
て工具３が折損し、工具３の取付ネジ部８のＱ点の部分
がホルダ２の内部に残留した場合には、ホルダ２をホー
ン１より取り外すことにより、Ｑ点の残留部分のネジ締
結トルクが緩和されて、これにより容易に該残留部分を
取り除くことが可能となる、これにより、改めて、交換
用の工具３をホルダ２に挿入してネジ締結することによ
り、ホーン１とホルダ２とを無駄にすることなく、再度
利用して超音波加工用ヘッドとして実用することができ
る。また仮に、Ｑ点の部分がホルダ２の内部に残留して
取り外すことができない場合においても、ホルダ２をホ
ーン１より取り外して、工具３とともにホルダ２をも交
換することにより、ホーン１を無駄にすることなく再度
利用することにより、工具３の交換処理に対処すること
ができる。従って、前述の第１、第２および第３の従来
例に対比して、工具の折損による残留部分の除去に要す
る無為の時間が排除されて、工具交換の作業効率を向上
させることができるとともに、より経済的に工具交換を
処置することができる。

【００１５】更に、従来のクランプを用いてホーンと工
具とを連結する超音波加工用ヘッド装置に対比して、図
１に示される本発明の超音波加工用ヘッド装置の実施例
においては、ホーンと工具とを連結する構造が、ホルダ
とスタッドを介して、軸芯に対して均等の断面形態を有
する合理的な構造として構成されており、加工対象の素
材に対応して、該構造を所望の共振周波数に適合するよ
うに設計製作することが極めて容易になるという利点が
ある。図１の実施例においては、ホーン１、ホルダ２お
よびスタッド４の材質が同一の材質にて製作されている
が、この場合には、ホーン１とホルダ２をスタッド４に
より連結した状態の軸芯方向の長さを、振動子の共振振
動数において１／２波長となる長さに設計し設定すれば
よく、最も単純な簡易計算により、振動子の共振周波数
に合わせて超音波加工用ヘッド装置を設計することがで
きる。従って、図１において、まずホーン１を振動子の
共振周波数における１／２波長にて設計し、そのホーン
１の先端部から適当な長さ部分を切断してホルダ２とす
るものと考えてもよい。またホルダ２をホーン１と異な
る材質にて設計する場合には、該材質の音速が異なるた
めに、それぞれの音速において波長を計算して設計する
ことになる。しかしながら、前述の第３の従来例に見ら
れるように、複雑なクランプ部を用いた超音波加工用ヘ
ッド装置の設計に対比して、本発明の超音波加工用ヘッ
ド装置においては、ホーン、ホルダ、スタッドおよび工
具による一体化構造により、その形状が上述のように合
理的な構造として構成されており、これにより、設計計
算が単純簡易化されるとともに、なお且つホーンを介し
て工具に伝達される超音波振動の損失も低減され、工具
に対する超音波駆動効率が向上される。

【００１６】また、図２（ａ）は、上述のように工具３
の一実施例の外観側面図であるが、該外観側面図のＡ矢
視による外観図がその右側の図２（ｂ）に示される。こ
れにより理解されるように、本実施例は、ホルダ２に挿
入してネジ締結される取付ネジ部４と、棒状体部６と、
工具先端部７とを備えて構成される。図２（ｂ）により
明らかなように、棒状体部６の断面形状は六角形であ
り、工具先端部７は平板状を呈している。本実施例は、
加工素材に対する研磨用として使用される工具の１実施
例であり、工具先端部７の平板上表面には、例えばダイ
ヤ砥粒電着面またはセラミック砥石面等が形成されてい
る。また、図３（ａ）は、工具の他の実施例の外観側面
図であり、図３（ｂ）は、該外観側面図のＢ矢視による
外観図である。本実施例においても同様に、ホルダ２に
挿入してネジ締結される取付ネジ部８と、棒状体部９
と、工具先端部１０とを備えて構成される。この実施例
においても、図３（ｂ）により明らかなように、棒状体
部９の断面形状は六角形であり、工具先端部１０は平板
状を呈している。本実施例の上記実施例との差異は、工
具先端部１０と棒状体部９との接合方法の差異にあり、
図２の場合には、棒状体部６に対する絞り加工または切
削加工等により工具先端部７が形成されているのに対し
て、図３の場合には、平板状の工具先端部１０が、棒状
体部９に対し嵌め込まれて接着されていることである。
なお、図３の実施例も、図２の実施例の場合と同様に、
加工素材に対する研磨用として使用される工具の一実施
例であり、その工具先端部１０の表面には、例えばダイ
ヤ砥粒電着面またはセラミック砥石面等が形成されて、
加工素材に対する研磨用として使用される。

【００１７】なお、図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に
は、図３に示される工具３の実施例における棒状体部９
の断面形状の例が示される。図２（ａ）は、丸棒の素材
より、破線にて示される部分を切削して対向する平行切
削面を有する棒状体部９ａを形成し、その先端に工具先
端部１０を設けた例であり、前記平行切削面を用いるこ
とにより、スパナによることなく、ペンチによっても工
具３の着脱を容易に行うことができる。また図４（ｂ）
は、同じく丸棒の素材より、破線にて示される部分を切
削して対向する平行切削面を有する棒状体部９ｂを形成
し、その先端に工具先端部１０を設けた例であるが、こ
の例においては、平行切削面の向きが、図４（ａ）の場
合に比較して９０度偏移していることが異なっている。
更に図４（ｃ）は、角棒の素材を用いて棒状体部９ｃを
形成し、その先端に工具先端部１０を設けた例である。
なお、図４（ｂ）および（ｃ）の何れの棒状体部の例に
おいても、該棒状体部の平行切削面を用いることによ
り、ペンチによって工具３の着脱を容易に行うことがで
きることば、図４（ａ）の場合と全く同様である。な
お、図４においては、棒状体部の断面形状の例として、
説明の都合上、図３の工具の棒状体部の例を対象として
説明しているが、このことは、図２の工具に対しても同
様であり、そのまま適用できることは云うまでもない。

【００１８】このように、工具の棒状体部の断面形状
を、図２および図３の実施例のように６角形にするか、
または図４の例に示されるような断面形状とすることに
より、相互に平行な対向辺が現われるような断面形状が
形成され、これにより、工具の交換時において、スパナ
以外のペンチ等の器具を用いることによっても、容易に
工具の取り外し／取付けを行うことが可能となり、工具
交換時間が短縮されて作業効率が改善される。また、従
来の工具のように、該工具にスパナ嵌合部が独立して設
けられている構造と対比して、その形状が単純化され、
工具の製造コストを低減することができるという利点が
ある。

【００１９】なお、上記の説明においては、超音波加工
用ヘッド装置に取付けられる工具として、図２および図
３に示されるように、研磨用の工具を実施例として適用
し説明を行っているが、当該工具としてはこれに限定さ
れるものではなく、超音波工具として、研磨以外の各種
加工用として汎用される超音波工具に対しても有効に適
用できることは云うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ホーン
に対する工具の取り付けを、ホルダとスタッドを用いて
ネジ締結作用により一体構造化することにより、工具折
損時において、工具の取付けネジの破片除去が容易とな
り、工具の交換時間が短縮されて、工具交換の作業効率
が向上されるという効果がある。

【００２１】また、上記の取付けネジの破片除去が不可
能な場合においても、折損工具に付随してホルダのみの
交換により対処することができ、ホーン自体はそのまま
有効再利用することが可能となり、工具交換に係わる経
済性が改善されるという効果がある。

【００２２】また従来のクランプ部によりホーンと工具
とを連結する超音波加工用ヘッド装置に対比して、本発
明においてはホーンと工具とを連結する構造が単純合理
化されるために、設計製作が容易になるという効果が得
られるとともに、ホーンから工具に伝達される超音波の
伝達効率が改善され、工具に対する超音波駆動効率が向
上されるという効果がある。

【００２３】更に、工具の交換時に、該工具の棒状体部
の断面形状を、ホーンに対する工具の着脱操作を、スパ
ナ以外のペンチ等によっても容易に行うことができるよ
うな特定の形状に設定することにより、工具の交換処置
を容易に行うことができるという効果が得られるととも
に、工具本体が単純な構造形態として構成されるため
に、該工具の製作経費を低減することができるという経
済的効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す外観図である。

【図２】前記実施例に含まれる工具の一実施例を示す外
観図である。

【図３】前記実施例に含まれる工具の他の実施例を示す
外観図である。

【図４】工具の棒状体部の断面形状の例を示す図であ
る。

【図５】第１の従来例を示す外観図である。

【図６】第２の従来例を示す外観図である。

【図７】第３の従来例を示す外観図である。

【符号の説明】

１、１１、１６ ホーン ２ ホルダ ３、１３、２０ 工具 ４ スタッド ５、８ 取付けネジ部 ６、９、９ａ、９ｂ、９ｃ 棒状体部 ７、１０ 工具先端部 １２、１７ 雌ネジ部 １４ スパナ嵌合部 １５、１９ 雄ネジ部 １８ クランプ部 ２１ 固定用ネジ ２２ ホーン本体 ２３ 柱状部 ２４ 円錐状部 ２５ 螺子部 ２６ 螺合部 ２７ 加工部 ２８ 挿通孔 ２９ 頭部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動子の超音波振動を伝達するホ
   ーンと、該ホーンに装着して特定の加工素材に対する加
   工工具として作用する超音波工具とを含む超音波加工用
   ヘッド装置において、 前記ホーンは、前記超音波工具を装着する側に対応し
   て、軸芯方向に沿って設けられた第１の雌ネジ部を有
   し、前記超音波工具は、所定のホルダおよびスタッドを
   介して前記ホーンに連結固定されており、該ホルダは、
   軸芯方向に沿って貫通して設けられた第２の雌ネジ部を
   有し、該スタッドは、前記第１の雌ネジ部と前記第２の
   雌ネジ部の一部の雌ネジ部分の双方に対してネジ込み挿
   入され、ネジ締結作用により前記ホーンと前記ホルダと
   を連結固定するように作用し、前記超音波工具は、該超
   音波工具の雄ネジ部が前記ホルダの第２の雌ネジ部の残
   余の雌ネジ部分にネジ込み挿入されて、ネジ締結作用に
   より前記ホルダに連結固定され、前記ホーンと前記超音
   波工具が一体構造として構成されることを特徴とする超
   音波加工用ヘッド装置。
2. 【請求項２】 前記超音波工具は、該超音波工具を前記
   ホルダに対しネジ締結作用により連結固定する雄ネジ部
   と、該雄ネジ部に直結して、軸芯方向に直交する平面に
   おける断面の形状が多角形を呈する棒状体部と、該棒状
   体部に取付けられ前記加工素材に対する加工機能を有す
   る工具先端部とを具備し、一体構造として構成されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の超音波加工用ヘッド装
   置。
3. 【請求項３】 前記超音波工具は、該超音波工具を前記
   ホルダに対しネジ締結作用により連結固定する雄ネジ部
   と、該雄ネジ部に直結して、軸芯方向に直交する平面に
   おける断面の形状には相互に平行な対向辺が現われる棒
   状体部と、該棒状体部に取付けられ前記加工素材に対す
   る加工機能を有する工具先端部とを具備し、一体構造と
   して構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波
   加工用ヘッド装置。