JP2529571Y2 - 超音波加工用ホーン - Google Patents
超音波加工用ホーンInfo
- Publication number
- JP2529571Y2 JP2529571Y2 JP2930592U JP2930592U JP2529571Y2 JP 2529571 Y2 JP2529571 Y2 JP 2529571Y2 JP 2930592 U JP2930592 U JP 2930592U JP 2930592 U JP2930592 U JP 2930592U JP 2529571 Y2 JP2529571 Y2 JP 2529571Y2
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- JP
- Japan
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- horn
- ultrasonic
- buffer plate
- metal
- ceramic
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Landscapes
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は超音波穿孔機、超音波圧
搾機、超音波かしめ機、超音波溶接機、超音波半田鏝等
の如き各種の超音波加工機に用いられ、特に細端面（振
幅増幅端）にセラミック工具を固着してなる超音波ホー
ンに関するものである。
搾機、超音波かしめ機、超音波溶接機、超音波半田鏝等
の如き各種の超音波加工機に用いられ、特に細端面（振
幅増幅端）にセラミック工具を固着してなる超音波ホー
ンに関するものである。
【０００２】
【従来技術】金属ホーンの太端面に超音波振動子を取付
け、振幅増幅端となる細端面にアルミナ、窒化珪素等よ
りなるセラミック工具を固着した超音波加工用ホーンは
公知である。かかるセラミック工具を具えた超音波ホー
ンは、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性等が要求される各種
の超音波加工用として広く採用されている。
け、振幅増幅端となる細端面にアルミナ、窒化珪素等よ
りなるセラミック工具を固着した超音波加工用ホーンは
公知である。かかるセラミック工具を具えた超音波ホー
ンは、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性等が要求される各種
の超音波加工用として広く採用されている。
【０００３】
【考案が解決しようとする課題】前記構成にあってホー
ンの細端面とセラミック工具とは、通常ねじ結合または
焼嵌めによって固着されるが、ねじ結合はホーン自体の
振幅振動によって緩みを生じ易く、また焼嵌めはホーン
とセラミックとの嵌合部分の加工に高精度が要求される
等の欠点がある。
ンの細端面とセラミック工具とは、通常ねじ結合または
焼嵌めによって固着されるが、ねじ結合はホーン自体の
振幅振動によって緩みを生じ易く、また焼嵌めはホーン
とセラミックとの嵌合部分の加工に高精度が要求される
等の欠点がある。
【０００４】また前記ねじ結合や焼嵌めに代えてエポキ
シ系接着剤やハンダにより接着したものもあるが、接着
強度が小さいため、肉厚の大きいセラミック工具は不向
きとされていた。即ち、穿孔加工用セラミック工具のよ
うに厚みが４ｍｍ以上の厚い工具をホーンに接着する
と、その接合部がホーン内を伝播する振動応力（後述す
る図１Ｂに示した応力分布曲線を参照）の最大応力位置
ａに近づき、接合部には大きな応力が作用することにな
る。このため振動応力の小さい部位に接合部を位置させ
る必要から肉厚の薄いセラミック工具を使用するしかな
く、用途が限定されていた。
シ系接着剤やハンダにより接着したものもあるが、接着
強度が小さいため、肉厚の大きいセラミック工具は不向
きとされていた。即ち、穿孔加工用セラミック工具のよ
うに厚みが４ｍｍ以上の厚い工具をホーンに接着する
と、その接合部がホーン内を伝播する振動応力（後述す
る図１Ｂに示した応力分布曲線を参照）の最大応力位置
ａに近づき、接合部には大きな応力が作用することにな
る。このため振動応力の小さい部位に接合部を位置させ
る必要から肉厚の薄いセラミック工具を使用するしかな
く、用途が限定されていた。
【０００５】またＡｇ−Ｃｕろう、Ａｕ−Ｃｕろう、Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう等の高融点金属ろうによりセラミッ
ク工具をホーンにろう付けしたものもある。かかるろう
付けはハンダに比し接合強度が高いので厚肉のセラミッ
ク工具の使用を可能とするが、一般に金属ホーンの熱膨
張係数は比較的大きく、セラミック工具のそれは比較的
小さいので両者の熱膨張偏差により、ろう付け後の冷却
過程で大きな残留歪み（熱歪み）を生じ、超音波加工中
にセラミック工具がホーンから剥離したり、またセラミ
ック工具が破損され易いという問題があった。
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう等の高融点金属ろうによりセラミッ
ク工具をホーンにろう付けしたものもある。かかるろう
付けはハンダに比し接合強度が高いので厚肉のセラミッ
ク工具の使用を可能とするが、一般に金属ホーンの熱膨
張係数は比較的大きく、セラミック工具のそれは比較的
小さいので両者の熱膨張偏差により、ろう付け後の冷却
過程で大きな残留歪み（熱歪み）を生じ、超音波加工中
にセラミック工具がホーンから剥離したり、またセラミ
ック工具が破損され易いという問題があった。
【０００６】そこで本考案は比較的厚み（高さ）の大き
いセラミック工具をろう付けした場合でも加工中に工具
が剥離したり、破損しないようにした超音波ホーンを提
供することを目的としている。
いセラミック工具をろう付けした場合でも加工中に工具
が剥離したり、破損しないようにした超音波ホーンを提
供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本考案は金属ホーンとセラミック工具とを緩衝板
を介してろう付けしたことを特徴としている。ここで緩
衝板は金属ホーンの熱膨張係数より小さい金属材料、あ
るいは金属ホーンやセラミック工具よりも軟質な金属材
料より形成することができる。
めに、本考案は金属ホーンとセラミック工具とを緩衝板
を介してろう付けしたことを特徴としている。ここで緩
衝板は金属ホーンの熱膨張係数より小さい金属材料、あ
るいは金属ホーンやセラミック工具よりも軟質な金属材
料より形成することができる。
【０００８】
【作用】このように構成した本考案の超音波加工用ホー
ンにおいては、金属ホーンとセラミック工具とが緩衝板
を介してろう付けされているので、ろう付け時に発生す
る残留歪みは前記緩衝板により吸収する。
ンにおいては、金属ホーンとセラミック工具とが緩衝板
を介してろう付けされているので、ろう付け時に発生す
る残留歪みは前記緩衝板により吸収する。
【０００９】緩衝板を熱膨張係数の小さい金属材料で形
成した場合は、ホーンと緩衝板との熱膨張偏差、緩衝板
とセラミック工具との熱膨張偏差をそれぞれ小さくする
ので、これにより残留歪みが吸収される。
成した場合は、ホーンと緩衝板との熱膨張偏差、緩衝板
とセラミック工具との熱膨張偏差をそれぞれ小さくする
ので、これにより残留歪みが吸収される。
【００１０】緩衝板を軟質金属材料で形成した場合は、
緩衝板自体の弾性変形もしくは塑性変形により残留歪み
が吸収される。
緩衝板自体の弾性変形もしくは塑性変形により残留歪み
が吸収される。
【００１１】
【実施例】以下本考案を図面の実施例に基づき説明す
る。図１Ａは本考案の一実施例を示し、１はランジュバ
ン型圧電磁器振動子、フェライト磁器振動子等の如き超
音波振動子（二点鎖線で示す）、２は該振動子１を定着
する太端面２ａを具えた金属ホーン、３は該ホーン２の
細端面（振幅増幅端）２ｂにＡｇ−Ｃｕ系ろう、Ａｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ系ろう等の比較的高融点金属ろうによりろう
付け４したセラミック工具である。前記金属ホーン２は
アルミニウム、鉄、ニッケル、チタン等の金属からコニ
カル形、エキスポネンシヤル形、ステップ形等公知の外
形状（図面は段付きコニカル形を示す）に製作されてい
る。前記セラミック工具３はアルミナ、窒化珪素、ジル
コニア、炭化珪素等の如く耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性
等に優れたセラミック材料より、被加工物、加工目的に
応じた外形状に製作され、特にここでは４ｍｍ以上の比
較的大きな厚み（高さ）を有している。このため、セラ
ミック工具３とホーン細端面２ｂとの接合部はホーンの
振動応力の最大位置ａに近接し、大きな応力が常に作用
しているが、接合強度の大きいろう付け４によっている
ため、振動応力の影響は無視される。
る。図１Ａは本考案の一実施例を示し、１はランジュバ
ン型圧電磁器振動子、フェライト磁器振動子等の如き超
音波振動子（二点鎖線で示す）、２は該振動子１を定着
する太端面２ａを具えた金属ホーン、３は該ホーン２の
細端面（振幅増幅端）２ｂにＡｇ−Ｃｕ系ろう、Ａｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ系ろう等の比較的高融点金属ろうによりろう
付け４したセラミック工具である。前記金属ホーン２は
アルミニウム、鉄、ニッケル、チタン等の金属からコニ
カル形、エキスポネンシヤル形、ステップ形等公知の外
形状（図面は段付きコニカル形を示す）に製作されてい
る。前記セラミック工具３はアルミナ、窒化珪素、ジル
コニア、炭化珪素等の如く耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性
等に優れたセラミック材料より、被加工物、加工目的に
応じた外形状に製作され、特にここでは４ｍｍ以上の比
較的大きな厚み（高さ）を有している。このため、セラ
ミック工具３とホーン細端面２ｂとの接合部はホーンの
振動応力の最大位置ａに近接し、大きな応力が常に作用
しているが、接合強度の大きいろう付け４によっている
ため、振動応力の影響は無視される。
【００１２】而してここまでの構成は従来技術に相当す
るが、本考案においては前記ホーン２とセラミック工具
３とのろう付け部４内に緩衝板５を介在し、該緩衝板５
の熱膨張緩衝作用によりろう付け部４に残留歪みが生じ
ないようにしたものである。
るが、本考案においては前記ホーン２とセラミック工具
３とのろう付け部４内に緩衝板５を介在し、該緩衝板５
の熱膨張緩衝作用によりろう付け部４に残留歪みが生じ
ないようにしたものである。
【００１３】前記緩衝板５に金属ホーン２とセラミック
工具３との中間の熱膨張係数を有するタングステン合金
等の金属材料、もしくはコバール、４２ニッケル合金、
インバー等の如きセラミック工具と近似する熱膨張係数
を有する金属材料を用いた場合には、ホーンと工具との
間の熱膨張偏差を小さくするので、残留歪みの発生が抑
制される。また銅、ニッケル等のように金属ホーン２と
セラミック工具３よりも軟質な金属材料より形成した場
合は、その変形によってろう付け部に発生する残留歪み
が吸収される。
工具３との中間の熱膨張係数を有するタングステン合金
等の金属材料、もしくはコバール、４２ニッケル合金、
インバー等の如きセラミック工具と近似する熱膨張係数
を有する金属材料を用いた場合には、ホーンと工具との
間の熱膨張偏差を小さくするので、残留歪みの発生が抑
制される。また銅、ニッケル等のように金属ホーン２と
セラミック工具３よりも軟質な金属材料より形成した場
合は、その変形によってろう付け部に発生する残留歪み
が吸収される。
【００１４】尚、緩衝板５は、上記実施例のような無垢
板の他、図２Ａに示すようなリング状は勿論、図２Ｂの
ような多孔状、図２Ｃのような編状等種々形態とするこ
とができる。更に緩衝板の使用枚数は二枚以上としても
よく、この場合、使用する緩衝板の熱膨張係数を連続的
に変化（熱膨張係数の傾斜制御）させるようにすれば残
留歪みの発生を確実に抑制することができる。
板の他、図２Ａに示すようなリング状は勿論、図２Ｂの
ような多孔状、図２Ｃのような編状等種々形態とするこ
とができる。更に緩衝板の使用枚数は二枚以上としても
よく、この場合、使用する緩衝板の熱膨張係数を連続的
に変化（熱膨張係数の傾斜制御）させるようにすれば残
留歪みの発生を確実に抑制することができる。
【００１５】いま、太端面直径３０ｍｍ×細端面直径１
０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの段付コニンル形で構造用炭素
鋼（Ｓ４０Ｃ）よりなる金属ホーン２と、直径１０ｍｍ
×厚さ８ｍｍの円筒状でジルコニアよりなるセラミック
工具３と、直径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円板でニッケル
よりなる緩衝板５との三者を、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材
４により真空中、８５０℃でろう付けすると共に前記太
端面にランジュバン型圧電振動子１（共振周波数２８ｋ
Ｈｚ）を取付けてなる本考案の超音波ホーンを作成し
た。このホーンを穿孔加工用として＃１５０のＳｉＣ砥
粒と水の混合物を注ぎながら、厚さ０．８ｍｍのチタン
酸ジルコン酸鉛系磁器板を穿孔（約２分で貫通）する穿
孔加工を４００時間以上行っても工具の剥離、破損等の
異常は見られなかった。これに対し前記緩衝板５を使用
せず、ホーン１と工具とを直接ろう付けした超音波ホー
ンは、僅か１００時間でセラミック工具がホーンから剥
離、脱落し、穿孔加工が不能となったが、これからも緩
衝板５がろう付け時の残留歪みを充分吸収していること
が窺われる。
０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの段付コニンル形で構造用炭素
鋼（Ｓ４０Ｃ）よりなる金属ホーン２と、直径１０ｍｍ
×厚さ８ｍｍの円筒状でジルコニアよりなるセラミック
工具３と、直径１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円板でニッケル
よりなる緩衝板５との三者を、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材
４により真空中、８５０℃でろう付けすると共に前記太
端面にランジュバン型圧電振動子１（共振周波数２８ｋ
Ｈｚ）を取付けてなる本考案の超音波ホーンを作成し
た。このホーンを穿孔加工用として＃１５０のＳｉＣ砥
粒と水の混合物を注ぎながら、厚さ０．８ｍｍのチタン
酸ジルコン酸鉛系磁器板を穿孔（約２分で貫通）する穿
孔加工を４００時間以上行っても工具の剥離、破損等の
異常は見られなかった。これに対し前記緩衝板５を使用
せず、ホーン１と工具とを直接ろう付けした超音波ホー
ンは、僅か１００時間でセラミック工具がホーンから剥
離、脱落し、穿孔加工が不能となったが、これからも緩
衝板５がろう付け時の残留歪みを充分吸収していること
が窺われる。
【００１６】また金属ホーン２の材質をチタン合金、セ
ラミック工具３の材質を窒化珪素、緩衝板５の材質をタ
ングステン合金にそれぞれ変更し、これらをＡｇ−Ｃｕ
−Ｔｉ−Ｉｎろう材４により８００℃でろう付けした以
外は上記と同一条件で製作した本考案の超音波ホーンに
ついても上記と同様の耐久性効果が得られた。
ラミック工具３の材質を窒化珪素、緩衝板５の材質をタ
ングステン合金にそれぞれ変更し、これらをＡｇ−Ｃｕ
−Ｔｉ−Ｉｎろう材４により８００℃でろう付けした以
外は上記と同一条件で製作した本考案の超音波ホーンに
ついても上記と同様の耐久性効果が得られた。
【００１７】
【考案の効果】以上の通り、本考案は接着強度の高いろ
う付けの採用により超音波穿孔加工等で用いられている
比較的厚肉のセラミック工具の使用が可能となるため、
この種の超音波加工への用途を広くすることができるだ
けでなく、耐用寿命の長い超音波ホーンを市場に供し得
る効果がある。
う付けの採用により超音波穿孔加工等で用いられている
比較的厚肉のセラミック工具の使用が可能となるため、
この種の超音波加工への用途を広くすることができるだ
けでなく、耐用寿命の長い超音波ホーンを市場に供し得
る効果がある。
【図１Ａ】 本考案の一実施例を示す超音波加工用ホー
ンの四半分断面図。
ンの四半分断面図。
【図１Ｂ】 該ホーン内を伝播する振動の応力分布曲線
図。
図。
【図２Ａ】 本考案に用いる緩衝板の一形態を示す斜視
図。
図。
【図２Ｂ】 緩衝板の他の形態を示す斜視図。
【図２Ｃ】 緩衝板の更に他の形態を示す斜視図。
１：超音波振動子 ２：金属ホーン ２ａ：太端面 ２ｂ：細端面 ３：セラミック工具 ４：ろう付け部 ５：緩衝板
Claims (3)
- 【請求項１】金属ホーンの太端面に超音波振動子を取付
け、細端面に比較的厚肉のセラミック工具をろう付けし
てなるものであって、前記細端面とセラミック工具とを
緩衝板を介してろう付けしたことを特徴とする超音波加
工用ホーン。 - 【請求項２】前記緩衝板が、金属ホーンの熱膨張係数よ
り小さい熱膨張係数を有する金属材料よりなることを特
徴とする請求項１に記載の超音波加工用金属ホーン。 - 【請求項３】前記緩衝板が、軟質金属材料よりなること
を特徴とする請求項１に記載の超音波加工用ホーン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2930592U JP2529571Y2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 超音波加工用ホーン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2930592U JP2529571Y2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 超音波加工用ホーン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580569U JPH0580569U (ja) | 1993-11-02 |
| JP2529571Y2 true JP2529571Y2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=12272514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2930592U Expired - Fee Related JP2529571Y2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 超音波加工用ホーン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2529571Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH091065A (ja) * | 1995-04-19 | 1997-01-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波ホーン |
| JP6755565B1 (ja) * | 2019-11-20 | 2020-09-16 | 有限会社アリューズ | 加工装置および加工方法 |
-
1992
- 1992-04-06 JP JP2930592U patent/JP2529571Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0580569U (ja) | 1993-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |