JPH0724414A - 内部に冷却構造を有する超音波ホーン - Google Patents
内部に冷却構造を有する超音波ホーンInfo
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- JPH0724414A JPH0724414A JP5174522A JP17452293A JPH0724414A JP H0724414 A JPH0724414 A JP H0724414A JP 5174522 A JP5174522 A JP 5174522A JP 17452293 A JP17452293 A JP 17452293A JP H0724414 A JPH0724414 A JP H0724414A
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- ultrasonic
- cooling fluid
- horn
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
- B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
- B29C66/8181—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
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- B29C66/832—Reciprocating joining or pressing tools
- B29C66/8322—Joining or pressing tools reciprocating along one axis
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、内部に冷却構造を有する超音波ホ
ーンの構造に関するものであり、超音波ホーンの内部に
冷却流体を注入しても振動が伝播する超音波ホーンを提
供する。 【構成】 超音波ホーン内部の冷却流体通路径φ1 と超
音波ホーン先端部外径φ2 との比を１．５≦φ2 ／φ1
≧２．５の範囲で設計することにより、内部に冷却流体
通路を設けても超音波振動の減衰を少なくすることがで
きるため、従来の様に外部に冷却装置を備える必要がな
く構造が非常に単純化できる。 【効果】 この超音波ホーンは、金属の凝固過程におい
て超音波振動を導入して凝固組織を微細化する様なニー
ズに対し、十分な冷却効果及び超音波振動の効果が期待
できる。
ーンの構造に関するものであり、超音波ホーンの内部に
冷却流体を注入しても振動が伝播する超音波ホーンを提
供する。 【構成】 超音波ホーン内部の冷却流体通路径φ1 と超
音波ホーン先端部外径φ2 との比を１．５≦φ2 ／φ1
≧２．５の範囲で設計することにより、内部に冷却流体
通路を設けても超音波振動の減衰を少なくすることがで
きるため、従来の様に外部に冷却装置を備える必要がな
く構造が非常に単純化できる。 【効果】 この超音波ホーンは、金属の凝固過程におい
て超音波振動を導入して凝固組織を微細化する様なニー
ズに対し、十分な冷却効果及び超音波振動の効果が期待
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内部に冷却構造を有する
超音波ホーンに関するものである。
超音波ホーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開昭６２−２２７３４３号公報に開示
された従来の超音波処理装置の構造を図４に示す。この
超音波処理装置では、超音波振動子６及び処理棒７の外
側に冷却用保護管８を設け、冷却流体入口９から冷却流
体を注入して冷却する。
された従来の超音波処理装置の構造を図４に示す。この
超音波処理装置では、超音波振動子６及び処理棒７の外
側に冷却用保護管８を設け、冷却流体入口９から冷却流
体を注入して冷却する。
【０００３】また、特開平２−２５０７４５号公報に開
示された超音波加工機の構造を図５に示す。この超音波
加工機では、超音波振動子６を冷却するために超音波振
動子６と冷却用カバー１０との間の領域１２に供給管１
１から冷却流体を注入して冷却する。図中１は超音波ホ
ーン、４は冷却流体排出孔を示す。
示された超音波加工機の構造を図５に示す。この超音波
加工機では、超音波振動子６を冷却するために超音波振
動子６と冷却用カバー１０との間の領域１２に供給管１
１から冷却流体を注入して冷却する。図中１は超音波ホ
ーン、４は冷却流体排出孔を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開昭６２−２２７３
４３号公報の超音波処理装置では、処理棒７の外側から
冷却する方法であるため、超音波振動を作用させること
ができるのは処理棒７の先端部位７Ａだけである。
４３号公報の超音波処理装置では、処理棒７の外側から
冷却する方法であるため、超音波振動を作用させること
ができるのは処理棒７の先端部位７Ａだけである。
【０００５】また特開平２−２５０７４５号公報の超音
波加工機では、超音波振動子６の外側を冷却するのみで
あり、超音波振動子６の自己発熱を抑える程度の冷却効
果しかなく、超音波ホーン１を冷却することはできな
い。
波加工機では、超音波振動子６の外側を冷却するのみで
あり、超音波振動子６の自己発熱を抑える程度の冷却効
果しかなく、超音波ホーン１を冷却することはできな
い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は前記従来技術の
問題点を解決するためのもので、超音波ホーン内部に超
音波振動子取り付け側から超音波ホーン先端付近まで冷
却流体通路を設け、その冷却流体通路に超音波ホーン側
面から冷却流体注入管を該冷却流体通路の下端近傍まで
挿入して設け、該超音波ホーン側面に連通する冷却流体
排出孔を設けたことを特徴とする内部に冷却構造を有す
る超音波ホーンである。本発明において、冷却流体通路
の径をφ1 、超音波ホーンの先端部外径をφ2としたと
き、φ2 ／φ1 を１．５以上、２．５以下の範囲とする
ことが望ましい。
問題点を解決するためのもので、超音波ホーン内部に超
音波振動子取り付け側から超音波ホーン先端付近まで冷
却流体通路を設け、その冷却流体通路に超音波ホーン側
面から冷却流体注入管を該冷却流体通路の下端近傍まで
挿入して設け、該超音波ホーン側面に連通する冷却流体
排出孔を設けたことを特徴とする内部に冷却構造を有す
る超音波ホーンである。本発明において、冷却流体通路
の径をφ1 、超音波ホーンの先端部外径をφ2としたと
き、φ2 ／φ1 を１．５以上、２．５以下の範囲とする
ことが望ましい。
【０００７】本発明を添付の図面を参照して以下に詳細
に説明する。図１（Ａ）は本発明の超音波ホーンの一実
施例を示す断面図である。本発明の超音波ホーン１は、
超音波ホーン１の内部に超音波振動子６の取り付け側か
ら超音波ホーン先端付近まで設けた冷却流体通路２と、
その冷却流体通路２に超音波ホーン１の側面から冷却流
体通路２の下端近傍まで挿入して設けた冷却流体注入管
３と、該超音波ホーン１の側面に冷却流体通路２に連通
させて設けた冷却流体排出孔４とから構成される。
に説明する。図１（Ａ）は本発明の超音波ホーンの一実
施例を示す断面図である。本発明の超音波ホーン１は、
超音波ホーン１の内部に超音波振動子６の取り付け側か
ら超音波ホーン先端付近まで設けた冷却流体通路２と、
その冷却流体通路２に超音波ホーン１の側面から冷却流
体通路２の下端近傍まで挿入して設けた冷却流体注入管
３と、該超音波ホーン１の側面に冷却流体通路２に連通
させて設けた冷却流体排出孔４とから構成される。
【０００８】
【作用】超音波ホーン１を振動させるためには、冷却流
体通路２の最上部を治具５で嵌合させて超音波振動子６
に固定し、超音波振動を発生させる。また超音波ホーン
１を冷却する場合には、冷却流体を冷却流体注入管３か
ら冷却流体通路２内に注入し、ホーンを内部から冷却し
て冷却流体排出孔４から排出する。
体通路２の最上部を治具５で嵌合させて超音波振動子６
に固定し、超音波振動を発生させる。また超音波ホーン
１を冷却する場合には、冷却流体を冷却流体注入管３か
ら冷却流体通路２内に注入し、ホーンを内部から冷却し
て冷却流体排出孔４から排出する。
【０００９】超音波ホーン１の長さに関しては使用する
金属の材質によって変える必要があり、この長さを２Ｌ
とすると、超音波振動を最も効率よく伝播させるために
は図１（Ｂ）のようにＬ＝λ／４（λ：超音波振動の一
波長長さ）にする必要があり、超音波ホーン１の材質と
して軟鋼を使用し、２０kHz の超音波振動子６を使用し
た場合には、 λ＝ｃ／ｆ（ｃ：軟鋼の縦波速度、ｆ：超音波振動子の
周波数） の関係から、Ｌ＝１３．０cmとなる。
金属の材質によって変える必要があり、この長さを２Ｌ
とすると、超音波振動を最も効率よく伝播させるために
は図１（Ｂ）のようにＬ＝λ／４（λ：超音波振動の一
波長長さ）にする必要があり、超音波ホーン１の材質と
して軟鋼を使用し、２０kHz の超音波振動子６を使用し
た場合には、 λ＝ｃ／ｆ（ｃ：軟鋼の縦波速度、ｆ：超音波振動子の
周波数） の関係から、Ｌ＝１３．０cmとなる。
【００１０】冷却流体通路２の径及び超音波ホーン１の
先端部外径には、超音波を有効に伝播させるための相関
がある。一例としてステップ型ホーンに冷却流体通路２
として径φ1 ＝１５mmの孔を設け、超音波ホーン１の先
端部外径φ2 の大きさを変化させて、φ2 ／φ1 に対す
る超音波ホーン１の先端振幅との関係を調査した。その
結果を図２に示す。
先端部外径には、超音波を有効に伝播させるための相関
がある。一例としてステップ型ホーンに冷却流体通路２
として径φ1 ＝１５mmの孔を設け、超音波ホーン１の先
端部外径φ2 の大きさを変化させて、φ2 ／φ1 に対す
る超音波ホーン１の先端振幅との関係を調査した。その
結果を図２に示す。
【００１１】図２の結果から、領域Ｉでは振幅が非常に
小さいことが判る。これはφ2 ／φ1 が小さく、超音波
ホーン１の側壁肉厚が薄いため、超音波振動が十分に伝
播しないものと思われる。（実験において領域Ｉと領域
IIとの境界の超音波ホーン１先端部の側壁肉厚は３．７
５mm）
小さいことが判る。これはφ2 ／φ1 が小さく、超音波
ホーン１の側壁肉厚が薄いため、超音波振動が十分に伝
播しないものと思われる。（実験において領域Ｉと領域
IIとの境界の超音波ホーン１先端部の側壁肉厚は３．７
５mm）
【００１２】領域III の超音波振動が小さい原因につい
ては、図３を用いて説明する。図３は、内部に冷却流体
通路２の様な孔を持たないステップ型ホーンの先端外径
と超音波ホーンの先端振幅の拡大率（超音波ホーンの超
音波振動子取り付け側の振幅値に対する超音波ホーン先
端で得られる振幅値との比率）を示したグラフである。
ては、図３を用いて説明する。図３は、内部に冷却流体
通路２の様な孔を持たないステップ型ホーンの先端外径
と超音波ホーンの先端振幅の拡大率（超音波ホーンの超
音波振動子取り付け側の振幅値に対する超音波ホーン先
端で得られる振幅値との比率）を示したグラフである。
【００１３】このグラフから超音波ホーンの先端外径が
大きくなる程、超音波ホーン先端での振幅拡大率が小さ
くなるため、超音波ホーン１の先端肉厚が大きくなって
も振幅値が大きくならないものと考えられる。
大きくなる程、超音波ホーン先端での振幅拡大率が小さ
くなるため、超音波ホーン１の先端肉厚が大きくなって
も振幅値が大きくならないものと考えられる。
【００１４】この結果から、超音波ホーン１内に冷却流
体通路２を設ける場合には、図２の領域IIの範囲（１．
５≦φ2 ／φ1 ≧２．５）で設計することにより、超音
波ホーン１の先端に超音波振動を有効に伝播させること
ができることが判る。
体通路２を設ける場合には、図２の領域IIの範囲（１．
５≦φ2 ／φ1 ≧２．５）で設計することにより、超音
波ホーン１の先端に超音波振動を有効に伝播させること
ができることが判る。
【００１５】
【発明の効果】本発明の超音波ホーンは、その内部に冷
却流体を流す構造であるため、従来の様に超音波ホーン
外部に冷却装置を取り付ける必要がなく、構造が非常に
単純である。また超音波ホーン下部全表面において冷却
効果、超音波振動の効果が期待できることから、広い面
積に対して超音波を作用させることが可能である。
却流体を流す構造であるため、従来の様に超音波ホーン
外部に冷却装置を取り付ける必要がなく、構造が非常に
単純である。また超音波ホーン下部全表面において冷却
効果、超音波振動の効果が期待できることから、広い面
積に対して超音波を作用させることが可能である。
【図１】（Ａ）は、本発明の内部に冷却構造を有する超
音波ホーンを例示する断面図である。（Ｂ）は、本発明
の超音波ホーンの長さを決定するための設計条件を示し
た図である。
音波ホーンを例示する断面図である。（Ｂ）は、本発明
の超音波ホーンの長さを決定するための設計条件を示し
た図である。
【図２】実験による冷却流体通路径φ1 と超音波ホーン
先端部外径φ2 との比φ2 ／φ1 と超音波ホーン先端の
振幅値との関係を示したグラフである。
先端部外径φ2 との比φ2 ／φ1 と超音波ホーン先端の
振幅値との関係を示したグラフである。
【図３】超音波ホーン先端部外径φ2 と振幅拡大率との
関係を示したグラフである。
関係を示したグラフである。
【図４】従来技術の説明図である。
【図５】従来技術の説明図である。
１ 超音波ホーン ２ 冷却流体通路 ３ 冷却流体注入管 ４ 冷却流体排出孔 ５ 治具 ６ 超音波振動子 ７、７Ａ 処理棒 ８ 冷却用保護管 ９ 冷却流体入口 １０ 冷却用カバー １１ 供給管 １２ 超音波振動子６と冷却用カバー１０との間の
領域
領域
Claims (2)
- 【請求項１】 超音波ホーン内部に超音波振動子取り付
け側から超音波ホーン先端付近まで冷却流体通路を設
け、その冷却流体通路に超音波ホーン側面から冷却流体
注入管を該冷却流体通路の下端近傍まで挿入して設け、
該超音波ホーン側面に冷却流体通路に連通する冷却流体
排出孔を設けたことを特徴とする内部に冷却構造を有す
る超音波ホーン。 - 【請求項２】 冷却流体通路はその径をφ1 とし、超音
波ホーンの先端部外径をφ2 とすると、１．５≦φ2 ／
φ1 ≧２．５の範囲で設けることを特徴とする請求項１
記載の内部に冷却構造を有する超音波ホーン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5174522A JPH0724414A (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 内部に冷却構造を有する超音波ホーン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5174522A JPH0724414A (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 内部に冷却構造を有する超音波ホーン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0724414A true JPH0724414A (ja) | 1995-01-27 |
Family
ID=15980000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5174522A Withdrawn JPH0724414A (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 内部に冷却構造を有する超音波ホーン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724414A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10151992A1 (de) * | 2001-10-22 | 2003-05-08 | Kunstoff Zentrum In Leipzig Ge | Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen |
| DE202008007271U1 (de) | 2008-05-27 | 2008-07-31 | Stemke, Gudrun | Sonotrode |
| CN104626228A (zh) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | 尹锺弼 | 轮胎用橡胶切割刀 |
| KR20150074907A (ko) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 주식회사 포스코 | 초음파 발진자의 냉각 장치 |
| CN113790975A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-14 | 吉林大学 | 超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法 |
-
1993
- 1993-07-14 JP JP5174522A patent/JPH0724414A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10151992A1 (de) * | 2001-10-22 | 2003-05-08 | Kunstoff Zentrum In Leipzig Ge | Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen |
| DE10151992B4 (de) * | 2001-10-22 | 2004-07-15 | Kunstoff-Zentrum in Leipzig gemeinnützige Gesselschaft mbH | Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen |
| DE10151992B8 (de) * | 2001-10-22 | 2004-12-16 | Kunststoff-Zentrum in Leipzig gemeinnützige Gesellschaft mbH | Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen |
| DE202008007271U1 (de) | 2008-05-27 | 2008-07-31 | Stemke, Gudrun | Sonotrode |
| CN104626228A (zh) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | 尹锺弼 | 轮胎用橡胶切割刀 |
| KR20150074907A (ko) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 주식회사 포스코 | 초음파 발진자의 냉각 장치 |
| CN113790975A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-14 | 吉林大学 | 超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |