JP3739418B2 - 超音波加工器具のためのソノトロード - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、超音波加工器具のためのソノトロードに関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波加工器具は、たいてい、例えば圧電励振器、同軸のソノトロード及び同様に同軸の工具から成る。ソノトロードは、回転対称の物体であり、バネ質量系として作用する。励振器によって、ソノトロードは励起されて節平面を中心として形成される縦方向の固有振動が生じる。しばしば、ソノトロードは、入口側で、出口側よりも大きな横断面を有する。これにより、ソノトロードは振幅増幅器として作用する。
【0003】
公知の超音波器具は、振動軸の方向に比較的長く構成さているので、取り扱いの難しい材料は、しばしば加工が困難である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の基本にある課題は、工具の振動方向の構造長さを短くすることができるソノトロードを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、請求項1の特徴を有するソノトロードによって解決される。
【0006】
本発明の他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【0007】
【実施例】
以下で、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【0008】
図1による超音波加工装置は、圧電水晶厚さ振動子2と端面でこの圧電水晶厚さ振動子と接続された2つの金属シリンダ3とを有する励振器1,増幅器又はブースタ4,ソノトロード5及び工具6から成る。励振器は、円筒形であり、その軸方向の長さ中心に節平面を有するその軸10に沿った調波縦振動を発生させる。最大振幅は、励振器1の両方の端面で生じる。一方の端面には、回転対称体として形成された同軸の増幅器4の太い方の端面が接続されている。増幅器4は、他方の端面に向かって特に先細りにされており、同様に、その固有振動数で縦方向に節平面を中心として振動する。先細りにすることによって、振動の振幅は増幅される。
【0009】
ソノトロード5は、リング状の曲げ振動子として形成されており、円筒形の外面15及び同軸で円筒形の内面16を有する。増幅器4の細い方の端部は、内ネジとして形成されたソノトロードの入口17内へとネジ込まれている。入口17は、軸10に対して同軸であり、円筒形の外面15に対して半径方向に存在する。ソノトロード5の出口18は穴として形成されており、この穴内へと、ここでは管状の工具6が強固に接続(例えば蝋付け)されている。出口軸19は、同様に半径方向に存在し、入口の軸10を約90°の角度で切断する。ソノトロード4には、励振器1と増幅器4を貫通する穴21に連絡する同軸の管20が形成されている。管20は、工具6の軸方向の穴23と、ホース22を介して接続されている。超音波加工に際しては、穴21,ホース22及び中空の工具6を経て、研磨剤が、作業面として作用する工具6の端面24から吸い出されるか、又は、この端面24に対して供給される。
【0010】
ソノトロード5の曲げ固有振動数は、増幅器4及び励振器1の縦振動固有振動数と等しい。この場合、ソノトロード5は、4つの節点33〜36を中心として振動する。図2には、ソノトロード5の中立線の振動が図示されている。ソノトロード5の横断面が全周にわたって等しい場合、ソノトロードの振動の出口振幅31は、入口振幅30に等しい(摩擦損失を無視して)。明らかなように、出口振幅は、出口軸19が入口軸10に対して直角である場合に最大であるが、しかしながら、この角度が、僅かに、例えば±20°この値からずれた場合は、出口振幅は、未だ最大値の近くにあるに過ぎない。
【0011】
しかしながら、ソノトロード5のリング横断面が出口18から両方の側面に向かって直径上で向かい合って位置する個所に至るまで増加する場合は、特に有利である。この変形例の有利な実施形は、図3に図示されている。ソノトロード5は、入口軸10の方向に投影して楔形である。これにより、ソノトロード5は増幅器として作用し、出口振幅31は入口振幅30よりも大きい。
【0012】
図4には、ソノトロード5の他の変形例が図示されており、この変形例では、工具6がソノトロードに分解可能に接続されている。即ち、上からナットネジ18′にネジ込まれている。図4から明らかなように、付加的に、研磨剤の供給は、増幅器4内の付加的な穴40,別のホース41及び工具6を取り囲むリングノズル42を介して行なうことができる。
【0013】
リング状の曲げ振動子としてソノトロード5を本発明により形成することによって、工具6が励振器1及び増幅器4の軸10に対して角度をなして振動するということが得られる。これにより、取り扱いの難しい材料も効率よく超音波で加工することができる。
【0014】
工具6が縦振動に加えて横方向にも振動すべきである場合には、この工具は角度を付けることができる。
【0015】
ソノトロード5に対し、事情によっては、4つより多くの節を有する他の曲げ固有振動も考慮の対象になる。これらの場合では、軸10,19が交差する90°の角度が異なる。節が6つの場合、軸10,19は、例えば特に120°で交差する。
【0016】
【発明の効果】
本発明により、工具の振動方向の構造長さを短くすることができるソノトロードが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 接続された励振器と工具とを有するソノトロードを経る概略断面図を示す。
【図2】 ソノトロードの振動を表す図を示す。
【図3】 ソノトロードの外観図を示す。
【図4】 ソノトロードの変形例を示す。
【符号の説明】
1 励振器
2 圧電水晶厚さ振動子
3 金属シリンダ
4 増幅器又はブースタ
5 ソノトロード
6 工具
10 入口軸
15 外面
16 内面
17 入口
18 出口
18′ ナットネジ
19 出口軸
20 管
21 穴
22 ホース
23 穴
24 端面
33〜36 節点
30 入口振幅
31 出口振幅
40 穴
41 ホース
42 リングノズル
Claims (7)
- 励振器(1,4)を接続するための入口(17)と工具(6)を接続するための出口(18)とを有する超音波加工器具のためのソノトロードにおいて、
ソノトロード(5)が、曲げ振動子として、このソノトロードが複数の接点及び振腹の形成のもとに共振し、かつソノトロードの入口(17)が、ある振腹に、またソノトロードの出口(18)が別の振腹に位置し、入口(17)がソノトロード(5)の曲げ固有振動数の1つでその入口軸(10)に沿って励起されている場合に、出口(18)がその出口軸(19)に沿って振動するように形成されていること、また、入口軸(10)と出口軸(19)とが、ゼロと等しくない角度で交差するように構成されていることを特徴とするソノトロード。 - ソノトロードがリング状に形成されており、入口軸(10)と出口軸(19)とが半径方向に延在することを特徴とする請求項1に記載のソノトロード。
- ソノトロード(5)のリング横断面が、出口(18)から両方の方向に直径上で向かい合って位置する個所に至るまで連続的に増加するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載のソノトロード。
- ソノトロードが、円筒形の外面(15)及び同軸で円筒形の内面(16)を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載のソノトロード。
- ソノトロードが、入口軸(10)に対して平行に投影して楔形に形成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載のソノトロード。
- 入口軸(10)と出口軸(19)とが、70°〜110°の角度で交差するように構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のソノトロード。
- ソノトロードが、出口(18)に対して同軸に、研磨剤を供給するためのリングノズル(42)を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のソノトロード。
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