JPH0714584B2 - 超音波加工装置 - Google Patents

超音波加工装置

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JPH0714584B2
JPH0714584B2 JP28517091A JP28517091A JPH0714584B2 JP H0714584 B2 JPH0714584 B2 JP H0714584B2 JP 28517091 A JP28517091 A JP 28517091A JP 28517091 A JP28517091 A JP 28517091A JP H0714584 B2 JPH0714584 B2 JP H0714584B2
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horn
tool
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dividing
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耕次 楡井
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日本電子工業株式会社
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波加工装置に関す
るものである。
【0002】
【発明の背景】超音波加工装置においては、適用超音波
の1/2波長の整数倍相当の長さを持つ振動振幅拡大用
のホーンの先端部に工具を嵌め込み、そしてろう付け手
段等で固着し、ホーンと工具とを音響的にも一体に構成
していた。そして、このようなろう付け手段が採用され
た超音波加工装置は、振動子(電気音響変換素子)と、
コーンと、ホーンと、工具とが縦続接続されたものであ
り、このものは振動特性が良好で、かつ、強励振時にお
ける工具の結合強度も高い特長を有している。
【0003】しかしながら、加工用工具をろう付けする
作業は、大変に手間が掛かるものであり、又、ろう付け
に伴う加熱作業の繰り返しによるホーン材質の劣化等の
問題、又、ホーンや工具の材質によってはろう付けが困
難な問題が有り、更には加工用工具の交換を繰り返して
作業しなければならない場合や、超音波加工装置にホー
ンを装着した状態で工具を交換する場合などでは作業が
スムーズに進行せず、支障を来すことが多い。
【0004】尚、ホーン端の振動振幅が小さくて済む用
途には、ホーン先端部に割溝を浅く形成しておき、そし
てその先端部分の工具挿入部に工具を挿入し、割溝面に
垂直方向に設けた螺子孔に螺子を螺着し、割溝の間隔が
狭まるように締めるといった工具とホーンとの結合手段
が提案されている。ところが、このような提案の技術を
大きな振動振幅を必要とする超音波加工装置に援用する
と、次のような問題が生じた。
【0005】即ち、上記の結合手段が採用された超音波
加工装置は、分割形成されたホーンの先端部が互いに切
り離された状態にあり、分割片の領域は別個の振動系
で、そして割溝の終端からホーン入力端に至る領域は共
有された振動系が構成されるものとなるから、工具が分
割片の先端部に挟まれていない状態の等価回路は図4
に、又、工具が分割片の先端部に挟まれ、一体化された
状態の等価回路は図5に示す如くとなる。
【0006】そして、工具が装着された状態でホーンに
振動を与えると、図5に示す如く、電流i1 ,i2 が流
れるが、これらの電流には位相差があるので、工具が結
合された部分に相当する回路には偽似交流電源ed が発
生し、更にed 相当の交番応力が発生し、この部分に生
ずる発熱量Qは Q=( e3 ±ed 2 /R1 +R2 +RTH となる。
【0007】 ただし、e3 :二つの分割片内の電圧の和 R1 +R2 :分割片各々の直列抵抗 RTH :螺子締結作用により生ずる抵抗 ここで、ed は、e3 との関係により図5の工具が結合
された部分に相当する回路において、インダクタンス成
分やキャパシタンス成分として作用し、電流、電圧の位
相が揃わないように働き、力率を低下させる原因とな
る。
【0008】このように、上記提案のものでは、力率が
低下し、振動子の電力供給源である発振器とのインピー
ダンス整合が難しくなり、安定した動作を得ることがで
きない。又、長時間にわたる使用によって、工具結合部
挿入用溝の開口部幅が変形拡大され、変形拡大が大きく
なると、ホーンの分割溝内面の工具結合部端部と接触す
る部分における圧着力が増大し、その位置を中心とする
ホーン先端付近の曲げモーメントが増大し、この付近に
おけるホーンの振動応力に曲げモーメントに起因する応
力が重畳され、螺子やホーンが破断する恐れが有る。
【0009】
【発明の開示】本発明の目的は、工具の取り付け(交
換)作業が容易で、ホーン材質の劣化が引き起こされ
ず、かつ、ホーンの破断も起きにくく、さらには工具の
結合も好ましいものであり、振動特性が良好で、特に強
励振時においても工具の結合強度が高く、振動特性は良
好で、力率の低下もなく、そして発振器とのインピーダ
ンス整合が容易で、安定した動作を得ることが出来る超
音波加工装置を提供することである。
【0010】この本発明の目的は、振動伝送用のホーン
と工具とを具備し、前記工具が前記ホーンに対して締結
部材により着脱自在に設けられてなる超音波加工装置で
あって、前記ホーンには、その先端部に工具挿入部が設
けられ、かつ、この工具挿入部に連なるホーンを分割す
る第1の溝が構成されてなり、この第1の分割溝はホー
ンの軸芯と略平行な面内にあり、その長さが適用超音波
の波長の略1/4以上であることを特徴とする超音波加
工装置によって達成される。
【0011】又、振動振幅拡大用のホーンと工具とを具
備し、前記工具が前記ホーンに対して締結部材により着
脱自在に設けられてなる超音波加工装置であって、前記
ホーンには、その先端部に工具挿入部が設けられ、か
つ、この工具挿入部に連なるホーンを分割する第1の溝
が構成されてなり、この第1の分割溝はホーンの軸芯と
略平行な面内にあり、その長さが適用超音波の波長の略
1/4以上であることを特徴とする超音波加工装置によ
って達成される。
【0012】尚、第1の分割溝は、その長さが適用超音
波の波長の略1/4以上であれば良いが、ホーン全長の
約70%程度まであれば良い。そして、これより長くて
も良いが、長すぎるとホーンの機械的強度の面から問題
が起きる場合が有り、従って好ましくはホーン全長の約
70%程度までとした。そして、このように構成させた
超音波加工装置は、振動特性が略等しいホーンを二つ並
列してコーンに接続した状態のものに近いものと考えら
れるようになり、発振器とのインピーダンス整合が容易
で、さらには工具の取り付け(交換)作業が容易で、交
換に際してホーン材質の劣化は引き起こされず、又、工
具の結合も好ましいものであり、振動特性が良好で、特
に強励振時においても工具の結合強度は高く、振動特性
は良好で、力率の低下もなく、安定した動作を得ること
が出来るものとなる。
【0013】ところで、ホーン全長の約70%程度の長
さにわたる第1の分割溝を形成したとしても、分割され
た分割片各々の振動特性、特に分割片先端部における振
動の位相を充分に揃えることは出来にくいものであっ
た。これは、推量するに、分割片各々の幾何学的な形状
の多少の相違、構成材料の均質性のばらつき、振動によ
る上昇温度のばらつきといった諸特性が多少異なるから
であろうと予想される。そして、励振テストによれば、
しばしば工具締結用の螺子に破断が生じることが認めら
れた。
【0014】しかしながら、分割片先端部における振動
の位相を充分に揃えることは出来にくいとしても、工具
締結用の螺子に生じる疲労破断に至る応力を螺子の疲労
限度よりも小さくして遣れば、実用上は問題とならな
い。そこで、さらなる研究が鋭意押し進められて行った
結果、第1の分割溝に直交させた長孔(ホーン先端にま
で長孔は至っていない)を形成し、例えば振動の節の位
置においては恰も均等に四分割されているかの如くにし
たものは、第1の分割溝によって構成される分割片各々
における共振ピークをブロードなものに出来、分割片各
々の振動位相差に起因すると推量された螺子破断応力が
低減されていた。
【0015】すなわち、上記した本発明の目的は、振動
伝送用のホーンと工具とを具備し、前記工具が前記ホー
ンに対して締結部材により着脱自在に設けられてなる超
音波加工装置であって、前記ホーンには、その先端部に
工具挿入部が設けられ、かつ、この工具挿入部に連なる
ホーンを分割する第1の溝が構成されてなり、この第1
の分割溝はホーンの軸芯と略平行な面内にあり、その長
さが適用超音波の波長の略1/4以上であり、さらに第
1の溝によって形成される分割片を均等分割する如くの
長孔が構成されてなることを特徴とする超音波加工装置
によって一層達成される。
【0016】又、振動振幅拡大用のホーンと工具とを具
備し、前記工具が前記ホーンに対して締結部材により着
脱自在に設けられてなる超音波加工装置であって、前記
ホーンには、その先端部に工具挿入部が設けられ、か
つ、この工具挿入部に連なるホーンを分割する第1の溝
が構成されてなり、この第1の分割溝はホーンの軸芯と
略平行な面内にあり、その長さが適用超音波の波長の略
1/4以上であり、さらに第1の溝によって形成される
分割片を均等分割する如くの長孔が構成されてなること
を特徴とする超音波加工装置によって一層達成される。
【0017】尚、長孔のホーン軸芯方向における長さは
適用超音波の波長の略1/4以上、特に約1/4程度で
あることが好ましく、又、長孔が振動の節の位置におい
ても形成されたものであることが好ましい。
【0018】
【実施例】図1〜図3は本発明に係る超音波加工装置の
一実施例を示すものであり、図1は超音波加工装置の要
部の側面図、図2は超音波加工装置の要部の平面図、図
3は超音波加工装置の要部の断面図(図1中I−I線で
の断面図)である。各図中、1は適用超音波の1/2波
長の整数倍、例えば1/2波長の長さを持つホーン(振
動振幅拡大用あるいは振動伝送用)である。
【0019】このホーン1には、その先端部に加工用工
具2の基端部を挿入できる挿入部3が形成されており、
そして挿入部3に連なってホーン1を二分割する如くの
第1の分割溝4が形成されている。尚、この分割溝4
は、図からも判る如く、分割片5aと分割片5bとが同
一となるよう、すなわちホーン1を均等に分割する如く
構成されたものである。そして、この分割溝4のホーン
軸芯方向における長さl 1 は、ホーン1の全長lの約7
0%(適用超音波の波長の7/20であるから、1/4
波長より長い)である。
【0020】6はホーン1に形成された長孔である。こ
の長孔6は、図3から判る通り、長孔6及び分割溝4に
よって構成される四つの部分5a1 ,5a2 ,5b1
5b 2 が同じものとなるように形成されたものであり、
そして長さl2 (ホーン1の全長lの約25%の長さ)
の長孔6が振動の節の位置を中心として左右にわたって
形成されている。
【0021】7a,7bは、ホーン1の先端部(ホーン
1の端部から1/25波長程度の距離)に形成された螺
子孔であり、挿入部3に加工用工具2の基端部を挿入し
た後、螺子孔7a,7bに螺子を螺合することにより、
加工用工具2をホーン1に締結できるようにしたもので
ある。上記のように構成させた超音波加工装置は、分割
溝4と長孔6との構成によって振動特性が略等しく、ブ
ロードな共振特性を示すようになったホーンを二つ並列
してコーンに接続した状態のものに近いものとなり、螺
子を締結することによって分割片5a,5bの先端部に
ある挿入部3において加工用工具2の締結部を介して堅
固に一体化され、あたかもホーン全体が単一の共振特性
を持ったものと同様な動作を示すものとなり、発振器と
のインピーダンス整合が容易となる。
【0022】そして、加工用工具2の交換作業は螺子に
よって行われるものであるから、極めて簡単、かつ、ス
ムーズに行え、しかもろう付け時のような加熱を伴うこ
とがないからホーン材質の劣化が引き起こされない。
又、加工用工具2を締結度よく結合でき、振動特性は良
好である。特に、強励振時においても工具の結合強度は
高く、振動特性は良好で、力率の低下もなく、安定した
動作が得られる。
【0023】又、長孔6を構成することによって分割溝
4によって構成される分割片5a,5bにおける共振ピ
ークをブロードなものに出来、分割片5a,5b各々の
振動位相差をなくすことが出来るから、螺子孔7a,7
bに取り付けられた螺子が破断されにくくなる。
【0024】
【効果】本発明によれば、発振器とのインピーダンス整
合が容易で、さらには工具の取り付け(交換)作業が容
易で、交換に際してホーン材質の劣化は引き起こされ
ず、かつ、工具の結合も好ましいものであり、振動特性
が良好で、特に強励振時においても工具の結合強度は高
く、振動特性は良好で、力率の低下もなく、安定した動
作を得ることが出来るといった特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波加工装置の要部の側面図である。
【図2】超音波加工装置の要部の平面図である。
【図3】超音波加工装置の要部の断面図(図1中I−I
線での断面図)である。
【図4】工具が分割片の先端部に挟まれていない状態の
等価回路を示す図である。
【図5】工具が分割片の先端部に取り付けられた状態の
等価回路を示す図である。
【符号の説明】
1 振動振幅拡大用のホーン 2 加工用工具 3 挿入部 4 第1の分割溝 5a,5b 分割片 6 長孔 7a,7b 螺子孔

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動伝送用のホーンと工具とを具備し、
    前記工具が前記ホーンに対して締結部材により着脱自在
    に設けられてなる超音波加工装置であって、前記ホーン
    には、その先端部に工具挿入部が設けられ、かつ、この
    工具挿入部に連なるホーンを分割する第1の溝が構成さ
    れてなり、この第1の分割溝はホーンの軸芯と略平行な
    面内にあり、その長さが適用超音波の波長の略1/4以
    上であることを特徴とする超音波加工装置。
  2. 【請求項2】 振動振幅拡大用のホーンと工具とを具備
    し、前記工具が前記ホーンに対して締結部材により着脱
    自在に設けられてなる超音波加工装置であって、前記ホ
    ーンには、その先端部に工具挿入部が設けられ、かつ、
    この工具挿入部に連なるホーンを分割する第1の溝が構
    成されてなり、この第1の分割溝はホーンの軸芯と略平
    行な面内にあり、その長さが適用超音波の波長の略1/
    4以上であることを特徴とする超音波加工装置。
  3. 【請求項3】 第1の溝によって形成される分割片を、
    さらに均等分割する如くの長孔が構成されてなることを
    特徴とする請求項1又は請求項2の超音波加工装置。
  4. 【請求項4】 長孔のホーン軸芯方向における長さが適
    用超音波の波長の略1/4以上のものであることを特徴
    とする請求項1又は請求項2の超音波加工装置。
  5. 【請求項5】 長孔が振動の節の位置においても形成さ
    れたものであることを特徴とする請求項1又は請求項2
    の超音波加工装置。
JP28517091A 1991-10-30 1991-10-30 超音波加工装置 Expired - Fee Related JPH0714584B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009269152A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Takemasa:Kk 超音波加工用工具ホルダおよび超音波加工装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009269152A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Takemasa:Kk 超音波加工用工具ホルダおよび超音波加工装置

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