JP2557310B2 - 縦振動を捩り振動に変換する工具ホーン - Google Patents

縦振動を捩り振動に変換する工具ホーン

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、縦方向に関する超音
波振動を捩り方向に関する振動に変換して、熱可塑性プ
ラスチック材などを超音波加工処理しうる工具ホーンに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の工具ホーンに縦方向もし
くは捩り方向に関する超音波振動を励起させて、加工材
を例えば溶着する技術は、既に広く活用されているとこ
ろであるが、その内で、工具ホーンに捩り振動を発生さ
せるものとしては、実開平４−３３５３０号公報（公知
例１）の技術が知られている。
【０００３】その内容は、捩り振動子により、工具ホー
ンの入力面に捩り振動を付与し、この捩り振動を使用す
る周波数に共振させ、工具ホーンの放射面に捩り振動を
発生させ、加工材を超音波加工するものである。
【０００４】又、超音波加工機などにおいて捩り振動モ
ードを発生させて利用するものとしては、特開平２−１
７２５７７号公報（公知例２）のものが提案されてお
り、その技術内容としては、圧電セラミックリングに複
数の分割電極群を併設し、両分割電極群間で電気力線が
厚み方向に対して一定の傾斜角度を有するように組み合
わせ、それぞれ電気的に分極処理ならびに結合処理する
ように構成したものである。
【０００５】加えて、付与された縦振動を捩り振動に変
更する技術としては、例えば、超音波モータに関する技
術が図書『強力超音波技術』（昭和６２年９月３０日発
行）（従来例）によって示されている。
【０００６】その内容は、同書第３７０頁〜第３７１頁
に記載の通りであって、同書図２に示すような、ねじり
結合子を利用して縦方向の超音波振動を、ねじり方向の
超音波振動に変換しうるというものであって、円板の一
側には一対の三日月形の脚部を残して溝を凹設し、その
他側には、前記溝と対角位に位置する梁を突設し、当該
円板の中心部に透設したねじ孔に、図示しないボルトを
貫着して、この円板を支持させ、前記三日月脚に同図矢
印Ｘ方向のたて振動を加えると、円板に撓み振動が発生
され、前記梁の稜線が傾いて、結果的には、梁の上面に
ねじり振動が発生されるというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記公知例１および２
によって開示されたものによっても加工材を超音波加工
処理する点では、それぞれ創意工夫がなされており、そ
の目的を達成しうるものと推定されるが、前記公知例１
にあっては、付与される入力が捩り振動であるため、別
途捩り振動発生手段を必要とし、又、公知例２のものに
あっては、捩り振動を発生させるために前記の如き構造
の複雑な特殊な技術手段を不可欠としており、いずれも
大型化し、コストアップは回避しがたいものであった。
【０００８】更に、前記図書による従来例は、単にたて
振動をねじり振動に変換するためのねじり結合子自体に
関するものに止まるものであり、ユーザ側からは、超音
波振動工具ホーンにおいて、小型で低コストで、しかも
効率よく捩り振動を出力しうるものの提供が切望される
ところであった。
【０００９】この発明の目的は、縦振動に係る超音波振
動の供給を受けただけで、これをそれ自体によって捩り
振動に変換して出力しうるコンパクトな工具ホーンとな
し、その利用に当っては、汎用されている縦振動装置に
容易に装着しうるものを提供しうる点にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めのこの発明の構成上の特徴点は、次の通りである。
【００１１】(1) 振動変換部と捩り振動工具部を一体的
に形成した工具ホーンであって、前記振動変換部には、
縦方向に関する超音波振動が供与された際に、撓み振動
を誘起される円板状主体を設けると共に、その一側に
は、前記縦振動ホーンに連設される一対の突枠を形成
し、他側には、前記捩り振動工具部に連結された連結突
条を形成したものであり、当該連結突条は前記突枠に対
して、対角位を占める関係配置となしたことを特徴とす
る縦振動を捩り振動に変換する工具ホーン。 (2) 前記振動変換部が、前記縦振動ホーンに着脱自在に
装着されたことを特徴とする前記(1) 記載の縦振動を捩
り振動に変換する工具ホーン。
【００１３】
【作 用】前記の如き構成のこの発明によれば、捩
り振動ホーンに縦振動ホーンから縦振動方向に関する超
音波振動を供与することにより、その振動変換部の円板
状主体が撓み振動を誘発される結果、当該振動変換部に
おいて、縦振動が円滑に捩り振動に変換され、この捩り
振動が捩り振動工具部に伝達され、加工材に対して超音
波加工を施しうるものである。
【００１４】
【実 施 例】次に、この発明の実施例を図面に基づい
て説明する。
【００１５】この実施例の超音波加工装置（ＤＥ）は、
図３に示す如くに、高さ位置調節自在の支持枠（ＦＬ）
によって担持された振巾調整用の固定ホーン（ＦＨ）を
縦振動ホーン（ＶＨ）を連設すると共に、入力された電
気信号を機械振動に変換しうるコンバータ（ＥＣ）にも
連係させ、更に、前記縦振動ホーン（ＶＨ）の下縁に
は、捩り振動ホーン（ＴＨ）を連設した構成である。
【００１６】次に、この捩り振動ホーン（ＴＨ）につい
て見れば、図１および図２にも示す通りに、振動変換部
（１）と捩り振動工具部（２）とを一体的に結合したも
のであって、当該振動変換部（１）は、縦振動入力を捩
り振動出力に変換しうるもので、円板状主体（１１）の
上面には、その両側に一対の突枠（１２）を残して、そ
の中央部に溝部（１３）を凹設しており、又その下面に
は、連結突条（１４）を隆設したものであって、しか
も、当該突枠（１２）に対して、前記連結突条（１４）
が互いに対角位を占める配置関係となるように突設され
た形状となしたものである。
【００１７】なお、この実施例における当該振動変換部
（１）にあっては、その高さ（ｈ1）と、円板状主体
（１１）の厚み（ｈ2 ）および、その直径（ｄ1 ）との
関係式は、
【００１８】
【数１】
【００１９】
【数２】 であるように構成すると共に、突枠（１２）と連結突条
（１４）とがなす角度（θ）は、
【００２０】
【数３】 で表わされる値とすることにより、後述の如く良好な振
動の変換処理結果が得られたものである。
【００２１】又、前記の捩り振動工具（２）は、当該連
結突条（１４）に一体的に連設されたものであり、その
縮径状とした下面に捩り振動が発生されるように構成さ
れているものである。
【００２２】又、前記縦振動ホーン（ＶＨ）と、これに
垂設される捩り振動ホーン（ＴＨ）の連結構成について
は、図１に示す通りであって、捩り振動ホーン（ＴＨ）
の振動変換部（１）の上面の突枠（１２）を、縦振動ホ
ーン（ＶＨ）の下面に当接させると共に、その溝部（１
３）の中央位置に回動不能に突設した取付ネジ（１５）
の頂部を、前記縦振動ホーン（ＶＨ）のネジ孔（３）に
螺着させることにより、図３にも示す如くに捩り振動ホ
ーン（ＴＨ）を縦振動ホーン（ＶＨ）に垂設させた構成
となっている。
【００２３】次に、この装置（ＤＥ）の使用状態につい
て説明する。
【００２４】今、例えば熱可塑性プラスチック材からな
る加工物（Ｗ）を加工台（ＢＡ）上に載置し、固定ホー
ン（ＦＨ）を下降させて、捩り振動工具部（２）の下面
を前記加工物（Ｗ）に当接させ、コンバータ（ＥＣ）か
らの入力により、固定ホーン（ＦＨ）を起動させること
により、これに連設された縦振動ホーン（ＶＨ）に縦方
向（矢印Ｘ−Ｘ’方向）の超音波振動を誘起させる。
【００２５】しかして、この縦振動ホーン（ＶＨ）の縦
方向の超音波振動は、捩り振動ホーン（ＴＨ）により捩
り方向（矢印Ｙ−Ｙ’方向）の捩り振動に変換されて、
その捩り振動工具部（２）に超音波振動を発生させ、前
記加工物（Ｗ）を超音波溶着するものである。
【００２６】ところで、この場合の縦方向の超音波振動
が捩り方向の超音波振動に変換される原理については、
前記した従来例における「ねじり結合子」を採用したも
のと共通するものであって、この実施例の捩り振動ホー
ン（ＴＨ）の振動変換部（１）の円板状主体（１１）に
おける撓み振動の発生により、従来例と同様に超音波振
動が変換処理されるものであるが、この点を以下の通り
に更に詳細に説明する。
【００２７】即ち、前記の如く、振動変換部（１）に対
して縦振動が与えられた際の円板状主体（１１）の撓み
振動周波数（ｆB ）は、
【００２８】
【数４】 の通りとなる。
【００２９】又、この振動変換部（１）によって変換処
理された捩り振動周波数（ｆT ）は、
【００３０】
【数５】 の通りとなる。
【００３１】なお、この場合の横波の音速（ＣS ）は、
【００３２】
【数６】 で表わされるものである。
【００３３】この結果、捩り振動工具部（２）に誘起さ
れる捩り振動の半波長の長さ（Ｌ）は、
【００３４】
【数７】 で表わされるものであることが検証されているところで
ある。
【００３５】即ち、当該実施例において、音速（Ｃ）の
縦振動を供与された円板状主体（１１）には、撓み周波
数（ｆB ）の撓みが発生した結果、半波長（Ｌ）でしか
も、捩り周波数（ｆT ）の捩り振動が誘起され、捩り振
動工具部（２）を矢印（Ｙ−Ｙ’）方向に捩り振動さ
せ、加工台（ＢＡ）上の加工物（Ｗ）を効果的に超音波
加工しうるものである。
【００３６】
【発明の効果】以上の通りに、この発明によれば、縦方
向に関する超音波振動を単純な構成の振動変換部におい
て効率的に捩り振動に変換して振動工具部を捩り振動駆
動しうるものであるから、コンパクトで、しかも堅牢な
工具ホーンが提供できるものであり、しかも、当該工具
ホーンは、汎用されている縦振動ホーンを具備した超音
波加工装置に対して、軽便に装着するだけで溶着，加締
あるいはインサート加工などに適合する優れた捩り振動
工具を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る振動工具の要部の側面図。
【図２】（Ａ） 図１における振動変換部の一部側面図。
【図２】（Ｂ） 図１における（〓）−（〓）断面図。
【図２】（Ｃ） 図１における（〓）−（〓）断面図。
【図３】図１の捩り振動工具を装着した超音波加工装置
の側面図。
【符号の説明】
ＤＥ 超音波加工装置 ＶＨ 縦振動ホーン ＴＨ 捩り振動ホーン １ 振動変換部 １１ 円板状主体 １２ 突枠 １３ 溝部 １４ 連結突条 ２ 捩り振動工具
フロントページの続き (72)発明者 丸 添 富 男 神奈川県厚木市岡田４丁目３番14号 日 本エマソン株式会社 ブランソン事業本 部内 (56)参考文献 特開 平２−131922（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−262686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−64277（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−33530（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 振動変換部と捩り振動工具部を一体的に
    形成した工具ホーンであって、前記振動変換部には、縦
    方向に関する超音波振動が供与された際に、撓み振動を
    誘起される円板状主体を設けると共に、その一側には、
    前記縦振動ホーンに連設される一対の突枠を形成し、他
    側には、前記捩り振動工具部に連結された連結突条を形
    成したものであり、当該連結突条は前記突枠に対して、
    対角位を占める関係配置となしたことを特徴とする縦振
    動を捩り振動に変換する工具ホーン。
  2. 【請求項２】 前記振動変換部が、前記縦振動ホーンに
    着脱自在に装着されたことを特徴とする請求項１記載の
    縦振動を捩り振動に変換する工具ホーン。
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