JP2000093894A - 超音波振動用共振器の支持装置 - Google Patents

超音波振動用共振器の支持装置

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JP2000093894A
JP2000093894A JP11293701A JP29370199A JP2000093894A JP 2000093894 A JP2000093894 A JP 2000093894A JP 11293701 A JP11293701 A JP 11293701A JP 29370199 A JP29370199 A JP 29370199A JP 2000093894 A JP2000093894 A JP 2000093894A
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茂 佐藤
Ryoichi Ishii
僚一 石井
Seiya Nakai
誠也 中居
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工時に共振器が受ける直交方向の力に対す
る支持剛性を向上して、超音波振動のエネルギー損失を
低減する。 【解決手段】 ホルダーの相対峙するアーム30a,3
0bに取り付けられた止め具42,43が支持部40
e,40fの先端部cを軸方向に沿う方向に押圧してア
ーム30a,30bの段差部30n,30pに当接さ
せ、止め具42,43と段差部30n,30pとが第
1、第2ブースター40c,40dの支持部40e,4
0fを軸方向に沿う方向に挟み付けるように結合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は超音波振動用共振
器を支持する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、実公平7−33910号公報に
は、超音波加工機の筒状ケーシング内に取り付けた振動
子である超音波ヘッドに、ブースターと呼ばれる第1カ
ップリングホーンと同ブースターと呼ばれる第2カップ
リングホーンとを直列に連結した超音波振動用共振器の
支持装置が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の共振器の支
持装置では、第1カップリングホーンより外側に突出す
る支持部であるフランジがホルダーとしての筒状ケーシ
ングの内周面に内接するように、第1カップリングホー
ンを筒状ケーシングに収容し、第2カップリングホーン
より外側に突出する支持部を構成するフランジを筒状ケ
ーシングの内周面に固定してあることから、超音波ヘッ
ドからの超音波振動を第1カップリングホーン及び第2
カップリングホーンを経て、第2カップリングホーンに
取り付けた加工用工具に伝達し、その加工用工具の外周
面をワークに押し付けて加工を行う際、加工用工具がワ
ークから受ける軸方向と直交する力により、第1カップ
リングホーンのフランジと第2カップリングホーンのフ
ランジとの間の部分が、筒状ケーシングに固定した第2
カップリングホーンのフランジを中心として撓み、それ
によって発生する内部応力で超音波ヘッドから加工用工
具に伝達される超音波振動のエネルギー損失が大きくな
るばかりか、加工用工具のワークへの接触位置が狂うこ
とを否めなかった。
【0004】そこで、この発明は、加工時に共振器が受
ける直交方向の力に対する支持剛性を向上して、超音波
振動のエネルギー損失が少なく、品質信頼性を向上する
ことができる超音波振動接合用共振器の支持装置を提供
しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明にあっては、ホル
ダーに超音波ホーンの両側にブースターが同軸に連結さ
れた共振器を両持ち支持に取り付ける超音波振動用共振
器の支持装置において、ホルダーの相対峙するアームの
内部に各ブースターを収容し、これらのアームの内部に
形成された段差部とアームに取り付けられた止め具とで
各ブースターより外側に突出された支持部を軸方向に沿
う方向より挟み付けるように結合したことを特徴として
いる。本発明の構成によれば、超音波ホーンの両側に連
結された各ブースターの支持部をホルダーの相対峙する
アームに軸方向に沿う方向より挟み付けるように結合し
たことにより、直交方向の力により、2つのブースター
の支持部が撓むことのないように、当該直交方向の力に
対する支持剛性を向上して、超音波振動のエネルギー損
失が少なく、品質信頼性を向上することができる。又、
共振器をホルダーに取り付ける際に、止め具を強固に締
結した場合でも、2つのブースターの支持部が互いに近
づくように撓むような不都合も阻止することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1及び図2は本発明の第1実施
形態を示し、超音波接合装置のホルダー30に共振器4
0を両持ち支持に取り付けたものであって、ホルダー3
0は相対峙するアーム30a,30bを備えている。一
方のアーム30aはその内部にベアリング30cを介し
て回転可能に装着された回転筒30dを有している。回
転筒30dは、ホルダー30の外部に設置されたモータ
ー30eにより回転されるドライブギヤー30fと、こ
れに噛合された環状のドリブンギヤー30gとを介し
て、回転駆動される。他方のアーム30bは、ホルダー
30の基部に対してクロスローラー等のようなガイドレ
ール30hを介して摺動可能に取り付けられたブロック
に形成されていて、余圧調整用ボルト30iを調整操作
することにより、アーム30bが摺動する際のガイドレ
ール30hの部分でのがたつきを取り除くと共に接合時
の踏ん張りを起こすようになっている。又、アーム30
bは、ホルダー30の基部とアーム30bとに跨設され
たスプリング30jにより、アーム30a側に付勢され
ている。アーム30bはその内部にベアリング30kを
介して回転可能装着された回転筒30mを有している。
【0007】共振器40は、振動子41から伝達された
超音波振動に共振するものであって、チタン、アルミニ
ウム又は焼き入れされた鉄等のいずれかの材質からなる
棒状の第1ブースター40c、同様な材質からなる棒状
の第2ブースター40d、チタン等のような合金からな
る棒状の超音波ホーン40bを備えている。超音波ホー
ン40bは円盤状の振動作用部40aを有する。超音波
ホーン40bの両側には第1・第2ブースター40c,
40dが図外の無頭ねじとねじ孔とを介して同軸に連結
される。第1ブースター40cには振動子41の出力端
が図外の無頭ねじとねじ孔とを介して同軸に連結され
る。振動子41は図外の超音波発生器から供給された電
力により所定周波数の縦波の超音波振動を発生して出力
する、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電
素子又は磁歪素子等からなる電気音響変換器又は電気振
動変換器である。第1ブースター40cと第2ブースタ
ー40dとは、同一の材質及び形状を有するブースター
を2個使用し、振動子41に連結される側を第1ブース
ター40cと称し、超音波ホーン40bにだけ連結され
る側を第2ブースター40dと表現して区別したもので
ある。第1・第2ブースター40c,40dは1つの最
大振動振幅点から次の1つの最大振動振幅点までの1/
2波長の長さを有し、それぞれの間に位置する最小振動
振幅点の全外周面より外側に突出された肉厚の根元部
a、肉薄な中間部b、肉厚な先端部cからなる環状の支
持部40e,40fを備える。
【0008】この振動子41を含む共振器40はホルダ
ー30に例えば次のようにして取り付けられる。先ず、
振動子41と第1ブースター40cとを結合すると共
に、第1ブースター40cの振動子41が取り付けられ
た側とは反対側に止め具42を外嵌装着した後に、第1
ブースター40cに超音波ホーン40bを結合する。そ
して、振動子41、第1ブースター40c、超音波ホー
ン40bからなる構成体の軸方向の長さが、アーム30
aとアーム30bとの間隔より長いことから、アーム3
0bをアーム30aより遠ざけるように位置をずらし
て、振動子41及び第1ブースター40cをアーム30
aの内部に収容する。これと並行に、第2ブースター4
0dをアーム30bの内部に収容するが、前記第1ブー
スター40cのアーム30aへの収容と、第2ブースタ
ー40dのアーム30bへの収容とのどちらを先に行っ
てもよい。要するに、アーム30bをずらして、振動子
41、第1ブースター40c、超音波ホーン40bから
なる構成体をアーム30aに収め、第2ブースター40
dをアーム30bに収めると共に、アーム30bより突
出する第2ブースター40dに上記止め具42とは別の
止め具43を外嵌装着する。次に、第2ブースター40
dと超音波ホーン40bとを結合した後に、アーム30
aに止め具42をねじ嵌合にて装着して、第1ブースタ
ー40cより同心円状に外側に突出された支持部40e
を止め具42とアーム30aの段差部30nとで挟み付
けることにより、第1ブースター40cをアーム30a
の回転筒30dに固定する。又、アーム30bに止め具
43をねじ嵌合にて装着して、第2ブースター40dよ
り同心円状に外側に突出された支持部40fを止め具4
3とアーム30bの段差部30pとで挟み付けることに
より、第2ブースター40dをアーム30bの回転筒3
0mに固定する。
【0009】第1実施形態の場合、第1ブースター40
cの回転筒30dへの固定と、第2ブースター40dの
回転筒30mへの固定とのどちらを先に行ってもよい
が、アーム30bがホルダー30に摺動可能に組付けら
れているので、振動子41の結合された共振器40が止
め具42,43で回転筒30d,30mに固定される
際、アーム30aを基準として、アーム30bが移動
し、共振器40がホルダー30に適正に両持ち支持され
る。
【0010】第1実施形態の構造によれば、モーター3
0eにより共振器40を回転駆動すると共に、振動子4
1から超音波振動が第1ブースター40cを経由して超
音波ホーン40bに伝達され、共振器40の振動作用部
40aが回転しながらワークに押し付けられることで、
当該ワークに超音波振動による加工を行う。この際、超
音波ホーン40bがワークから受ける軸方向と直交する
図5に矢印Xで示すような力を受けるが、共振器40が
ホルダー30に両持ち支持に取り付けられていることか
ら、第1ブースター40cの支持部40eと第2ブース
ター40dの支持部40fとの間の部分が撓むという不
都合を解消することができる。又、共振器40をホルダ
ー2に取り付ける際に、止め具42,43を強固に締結
した場合でも、第1・第2ブースター40c,40dの
支持部40e,40fがホルダー30の段差部30n,
30rと止め具42,43とで軸方向に沿う方向に挟み
付けられるだけで、第1・第2ブースター40c,40
dの支持部40e,40fが互いに近づくように撓むよ
うな不都合も阻止することができる。よって、振動子4
1から超音波ホーン40bに超音波振動のエネルギーを
適正に伝達することができると共に、共振器40の振動
作用部40aをワークに正確に位置を決めして接触する
ことができて、超音波振動のエネルギー損失が少なく、
品質信頼性を向上することができる。
【0011】前記実施形態において、共振器40をモー
ター30eで回転駆動するようにしたが、共振器40を
ホルダー30に自由回転可能に取り付けておき、共振器
40の振動作用部40aをワークに接触して、ホルダー
40を図5の紙面の表裏方向に移動することで、共振器
40を回転動作させても同様の効果がある。
【0012】尚、図1の符号W1は共振器40の共振に
よる超音波振動の瞬間的な変位(振動振幅)を示す波
形、W2は超音波ホーン8で伝達方向が変換された超音
波振動の瞬間的な変位を示す波形、f1,f3,f5,
f7は波形W1での最大振動振幅点、f2,f4,f6
は波形W1での最小振動振幅点振幅、f8,f9は波形
W2での最大振動振幅点、Yは振動作用部8bの振動方
向である。
【0013】又、図1及び図2中の符号44はベアリン
グ30cのインナースリーブを回転筒30dに固定する
内側固定具、45はベアリング30cのアウタースリー
ブをアーム30aに固定する外側固定具、46はベアリ
ング30kのインナースリーブを回転筒30mに固定す
る内側固定具、47はベアリング30kのアウタースリ
ーブをアーム30bに固定する外側固定具を示してい
る。
【0014】前記実施形態の超音波ホーン40に代え
て、図3に示す超音波ホーン8を使用することも可能で
ある。図3において、超音波ホーン8は、1つの最大振
動振幅点から別の最大振動振幅点までの1/2波長の長
さを有し、その間に位置する最小振動振幅点の全外周面
より外側に円板状の振動方向変換部8aを突設し、振動
方向変換部8aの最大振動振幅点である外周に幅狭の環
状の振動作用部8bを備えた、形態である。又、超音波
ホーン8は、一端に凸部8cとこれに同軸に形成された
図外のねじ孔に締結された無頭ねじ8dを同軸に有し、
他端に凸部8eとねじ孔8fを同軸に形成してある。
【0015】前記実施形態の振動子41に代えて、図4
に示す振動子4を使用しても良い。振動子4には熱伝導
性が良好で電気伝導性の良好なアルミニウムのような金
属からなる筒状の周壁に多数の放熱用孔5aが形成され
たカバー5を外嵌装着してある。カバー5の底部に互い
に電気的に絶縁されて形成された2つの電気接点部5
b,5cには、超音波発生器から電力を受ける振動子4
の2本の図外の電線が個別に接続される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の一部を破断して示す
側面図。
【図2】 図1に示すA−A線に沿う断面図。
【図3】 本発明の第2実施形態を示す側面図。
【図4】 本発明の第3実施形態を示す側面図。
【符号の説明】
30 ホルダー 40 共振器 41 振動子 40c 第1ブースター 40e 支持部 40d 第2ブースター 40f 支持部 8,40b 超音波ホーン 42,43 止め具

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホルダーに超音波ホーンの両側にブース
    ターが同軸に連結された共振器を両持ち支持に取り付け
    る超音波振動用共振器の支持装置において、ホルダーの
    相対峙するアームの内部に各ブースターを収容し、これ
    らのアームの内部に形成された段差部とアームに取り付
    けられた止め具とで各ブースターより外側に突出された
    支持部を軸方向に沿う方向より挟み付けるように結合し
    たことを特徴とする超音波振動用共振器の支持装置。
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