JPH0760190A - 振動子用ホーンと超音波振動子 - Google Patents
振動子用ホーンと超音波振動子Info
- Publication number
- JPH0760190A JPH0760190A JP23876793A JP23876793A JPH0760190A JP H0760190 A JPH0760190 A JP H0760190A JP 23876793 A JP23876793 A JP 23876793A JP 23876793 A JP23876793 A JP 23876793A JP H0760190 A JPH0760190 A JP H0760190A
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- ultrasonic
- vibrator
- ultrasonic vibrator
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超音波振動子の縦方向の基本振動と、他のモ
ードの振動の共振周波数を十分に離し得る構造の振動子
用ホーン及びこのホーンを用いた超音波振動子を供し、
超音波加工機等の安定な稼働と、振動子の損傷等を防止
する。 【構成】 超音波振動子に使用する振動子用ホーン５の
構造を、このホーン５の基本振動の方向（軸方向）と平
行な方向の溝７が所定の深さに加工された構造とする。
又、この構造のホーン５を取り付けた超音波振動子であ
る。ホーン５の外周部にホーン５の長さ方向に、外周か
ら中心の軸方向に切り込まれた溝７が所定の数加工され
た振動子用ホーン５と、このホーン５を超音波振動素子
１６の輻射面に接続固定した構造の超音波振動子であ
る。
ードの振動の共振周波数を十分に離し得る構造の振動子
用ホーン及びこのホーンを用いた超音波振動子を供し、
超音波加工機等の安定な稼働と、振動子の損傷等を防止
する。 【構成】 超音波振動子に使用する振動子用ホーン５の
構造を、このホーン５の基本振動の方向（軸方向）と平
行な方向の溝７が所定の深さに加工された構造とする。
又、この構造のホーン５を取り付けた超音波振動子であ
る。ホーン５の外周部にホーン５の長さ方向に、外周か
ら中心の軸方向に切り込まれた溝７が所定の数加工され
た振動子用ホーン５と、このホーン５を超音波振動素子
１６の輻射面に接続固定した構造の超音波振動子であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を利用した
加工機等に用いられる超音波振動子、及びこれに用いて
振幅を拡大する振動子用ホーンに関するものである。
加工機等に用いられる超音波振動子、及びこれに用いて
振幅を拡大する振動子用ホーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超音波のエネルギーを利用する加工機等
に利用される超音波振動子は、図２に示すように、ボル
ト締めランジュバン型等の超音波振動素子１６の輻射面
９に、振幅拡大用の振動子用ホーン５を接続固定したも
のが多く用いられている。この超音波振動素子に接続さ
れて超音波振動子を構成する振動子用ホーン５は、通常
コニカル型ホーン、エキスポネンシャル型ホーン、ステ
ップ型ホーンなどが用いられている。しかし、これらの
ホーンの形状は、使用される用途により選定されるが、
その寸法は、使用される超音波振動素子の軸方向（縦方
向）の基本振動の共振周波数により決定される。基本共
振周波数による縦方向の振動以外にも、ホーンの軸方向
と直角な径方向などにも振動が発生する。この径方向等
に発生する他のモードの振動は、ホーンの接合面の外径
寸法等により決定される共振周波数により共振し、この
他のモードの振動の共振周波数と縦方向の基本振動の共
振周波数が接近して存在することが多い。これは、ホー
ンの形状及び寸法により若干変わることはあるが振動素
子を含めて大幅な変更を要する場合が多い。一般に、こ
の超音波振動子を駆動する場合、多くの駆動用発振回路
は自励発振回路と呼ばれる周波数自動追尾方式を使用し
ている。この方式では、狭い周波数範囲内に２つ以上の
共振周波数がある場合、目的以外の周波数を追尾し、励
振することがある。これは、超音波振動子の場合、本来
利用すべき縦振動でない径方向振動等を励振するため、
加工機等が正常に動作しなかったり、超音波振動子を破
損したりするという問題があった。この対策としてホー
ンの形状、寸法を変化させるが、実用的範囲内の変更で
は十分に共振周波数を離すことが困難であった。
に利用される超音波振動子は、図２に示すように、ボル
ト締めランジュバン型等の超音波振動素子１６の輻射面
９に、振幅拡大用の振動子用ホーン５を接続固定したも
のが多く用いられている。この超音波振動素子に接続さ
れて超音波振動子を構成する振動子用ホーン５は、通常
コニカル型ホーン、エキスポネンシャル型ホーン、ステ
ップ型ホーンなどが用いられている。しかし、これらの
ホーンの形状は、使用される用途により選定されるが、
その寸法は、使用される超音波振動素子の軸方向（縦方
向）の基本振動の共振周波数により決定される。基本共
振周波数による縦方向の振動以外にも、ホーンの軸方向
と直角な径方向などにも振動が発生する。この径方向等
に発生する他のモードの振動は、ホーンの接合面の外径
寸法等により決定される共振周波数により共振し、この
他のモードの振動の共振周波数と縦方向の基本振動の共
振周波数が接近して存在することが多い。これは、ホー
ンの形状及び寸法により若干変わることはあるが振動素
子を含めて大幅な変更を要する場合が多い。一般に、こ
の超音波振動子を駆動する場合、多くの駆動用発振回路
は自励発振回路と呼ばれる周波数自動追尾方式を使用し
ている。この方式では、狭い周波数範囲内に２つ以上の
共振周波数がある場合、目的以外の周波数を追尾し、励
振することがある。これは、超音波振動子の場合、本来
利用すべき縦振動でない径方向振動等を励振するため、
加工機等が正常に動作しなかったり、超音波振動子を破
損したりするという問題があった。この対策としてホー
ンの形状、寸法を変化させるが、実用的範囲内の変更で
は十分に共振周波数を離すことが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
の問題を解決した、超音波振動子の縦方向の基本振動
と、他のモードの振動の共振周波数を十分に離し得る構
造の振動子用ホーン、及びこのホーンを用いた超音波振
動子を供し、超音波加工機等の安定な稼働と、振動子の
損傷等を防止することである。
の問題を解決した、超音波振動子の縦方向の基本振動
と、他のモードの振動の共振周波数を十分に離し得る構
造の振動子用ホーン、及びこのホーンを用いた超音波振
動子を供し、超音波加工機等の安定な稼働と、振動子の
損傷等を防止することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するため、超音波振動子に使用する振動子用ホーン
の構造を、このホーンの振動の方向（軸方向）と平行な
方向の溝が、所定の深さで、ホーンの外周に加工された
構造とする。又、この構造のホーンを取り付けた超音波
振動子を供する。例えば、ランジュバン型等の超音波振
動素子の輻射面に接合され、超音波振動素子からの振動
の振幅を拡大するホーンの外周部に、ホーンの長さ方向
に、外周から中心の軸方向に切り込まれた溝が所定の数
加工された振動子用ホーンと、このホーンを超音波振動
素子の輻射面に接続固定した構造の超音波振動子であ
る。即ち、本発明は、超音波振動素子の縦方向の基本
振動に共振し、この超音波振動素子に接続されて超音波
振動子の振幅を拡大するために用いられる振動子用ホー
ンにおいて、ホーンの周囲に、ホーンの基本振動の方向
（軸方向）と平行な溝が設けられたことを特徴とする振
動子用ホーン、及び、超音波振動素子の輻射面に記
載の振動子用ホーンを取り付けて構成されたことを特徴
とする超音波振動子である。
解決するため、超音波振動子に使用する振動子用ホーン
の構造を、このホーンの振動の方向（軸方向）と平行な
方向の溝が、所定の深さで、ホーンの外周に加工された
構造とする。又、この構造のホーンを取り付けた超音波
振動子を供する。例えば、ランジュバン型等の超音波振
動素子の輻射面に接合され、超音波振動素子からの振動
の振幅を拡大するホーンの外周部に、ホーンの長さ方向
に、外周から中心の軸方向に切り込まれた溝が所定の数
加工された振動子用ホーンと、このホーンを超音波振動
素子の輻射面に接続固定した構造の超音波振動子であ
る。即ち、本発明は、超音波振動素子の縦方向の基本
振動に共振し、この超音波振動素子に接続されて超音波
振動子の振幅を拡大するために用いられる振動子用ホー
ンにおいて、ホーンの周囲に、ホーンの基本振動の方向
（軸方向）と平行な溝が設けられたことを特徴とする振
動子用ホーン、及び、超音波振動素子の輻射面に記
載の振動子用ホーンを取り付けて構成されたことを特徴
とする超音波振動子である。
【０００５】
【作用】ホーンの外周部に軸方向と平行な所定の深さの
溝を加工することにより、基本共振周波数を変えること
なく、他のモードの振動の共振周波数を大幅に変化させ
ることができ、自動追尾装置で十分識別できる周波数幅
だけずらすことができる。
溝を加工することにより、基本共振周波数を変えること
なく、他のモードの振動の共振周波数を大幅に変化させ
ることができ、自動追尾装置で十分識別できる周波数幅
だけずらすことができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例に付いて、図面を参照
して説明する。図１は、本発明の一実施例の振動子用ホ
ーンを取り付けた超音波振動子を示す正面図、図２は、
従来の振動子用ホーンを取り付けた従来の超音波振動子
を示す正面図、図３は、図１の本発明の実施例の超音波
振動子に用いた実施例の振動子用ホーンの接合面側から
見た正面図、図４は、図２に示す従来の超音波振動子に
用いた従来の振動子用ホーンの接合面側から見た正面
図、図５は、本発明の実施例の超音波振動子の周波数・
インピーダンス特性図、図６は、従来の超音波振動子の
周波数・インピーダンス特性図である。
して説明する。図１は、本発明の一実施例の振動子用ホ
ーンを取り付けた超音波振動子を示す正面図、図２は、
従来の振動子用ホーンを取り付けた従来の超音波振動子
を示す正面図、図３は、図１の本発明の実施例の超音波
振動子に用いた実施例の振動子用ホーンの接合面側から
見た正面図、図４は、図２に示す従来の超音波振動子に
用いた従来の振動子用ホーンの接合面側から見た正面
図、図５は、本発明の実施例の超音波振動子の周波数・
インピーダンス特性図、図６は、従来の超音波振動子の
周波数・インピーダンス特性図である。
【０００７】加工機などに使用される従来の超音波振動
子は、図２及び図４に示すように、一般に、大きなエネ
ルギーが取り出し易いボルト締めランジュバン型の超音
波振動素子１６が多く用いられ、この振動素子１６に、
更にエネルギーを集中して加工部における振幅を大きく
するため、この振動素子１６の輻射面９に振動子用ホー
ン５が接合されて使用される。ホーン５は、その接合面
１５の大きさが振動素子１６の輻射面９の大きさと同じ
に設計され、先端部に行くに従い次第に細く絞ってあ
る。ホーン５の長さは、これを接続して構成される超音
波振動子として、ホーン５の先端で最も振幅が大きく取
れる長さに設定されている。ホーン５の接合面１５から
ホーン５の輻射面１０に至るホーン５の絞り方は、目的
によりコニカル型、エキスポネンシャル型、ステップ型
等があるが、本実施例では図２に正面、図４に接合面側
から見た状態を示すコニカル型の例で説明する。
子は、図２及び図４に示すように、一般に、大きなエネ
ルギーが取り出し易いボルト締めランジュバン型の超音
波振動素子１６が多く用いられ、この振動素子１６に、
更にエネルギーを集中して加工部における振幅を大きく
するため、この振動素子１６の輻射面９に振動子用ホー
ン５が接合されて使用される。ホーン５は、その接合面
１５の大きさが振動素子１６の輻射面９の大きさと同じ
に設計され、先端部に行くに従い次第に細く絞ってあ
る。ホーン５の長さは、これを接続して構成される超音
波振動子として、ホーン５の先端で最も振幅が大きく取
れる長さに設定されている。ホーン５の接合面１５から
ホーン５の輻射面１０に至るホーン５の絞り方は、目的
によりコニカル型、エキスポネンシャル型、ステップ型
等があるが、本実施例では図２に正面、図４に接合面側
から見た状態を示すコニカル型の例で説明する。
【０００８】図１に、本発明の実施例の振動子用ホーン
５を取り付けた本発明の実施例の超音波振動子を示す。
従来例と対比して説明するために、超音波振動素子１６
とホーン５の外形は、図２及び図４に示す従来例と同じ
ものを用いた。本発明の振動子用ホーン５は、図１に示
すように、外周に、接合面１５側からホーン５の軸に沿
って、溝７が加工されている。この溝７は、ホーンの接
合面１５側から見た図３のように、外周部から中心方向
（取り付けねじ８の方向）へ切り込まれている。溝の底
はホーンの軸と平行に延びている。本発明の超音波振動
子は、図１に示すように、上記の振動子用ホーン５の接
合面１５の中央部に設けた取り付けねじ８により、振動
素子１６の輻射面１９にねじ込み式で接合固定されてい
る。本発明の超音波振動子を用いた加工機を周波数自動
追尾方式の駆動用発振機で駆動したところ、共振飛び等
を起こすことなく安定して稼働できた。
５を取り付けた本発明の実施例の超音波振動子を示す。
従来例と対比して説明するために、超音波振動素子１６
とホーン５の外形は、図２及び図４に示す従来例と同じ
ものを用いた。本発明の振動子用ホーン５は、図１に示
すように、外周に、接合面１５側からホーン５の軸に沿
って、溝７が加工されている。この溝７は、ホーンの接
合面１５側から見た図３のように、外周部から中心方向
（取り付けねじ８の方向）へ切り込まれている。溝の底
はホーンの軸と平行に延びている。本発明の超音波振動
子は、図１に示すように、上記の振動子用ホーン５の接
合面１５の中央部に設けた取り付けねじ８により、振動
素子１６の輻射面１９にねじ込み式で接合固定されてい
る。本発明の超音波振動子を用いた加工機を周波数自動
追尾方式の駆動用発振機で駆動したところ、共振飛び等
を起こすことなく安定して稼働できた。
【０００９】本発明の効果を説明するために、図１に示
す本発明の実施例の超音波振動子と、図２に示す従来の
超音波振動子について、共振状態を示すインピーダンス
と周波数の関係を示すインピーダンス・周波数特性図を
調べた結果を図５及び図６に各々示す。各々の基本振動
周波数１１、１３はほぼ６０キロヘルツに設定してあ
る。図６に示すように、従来の超音波振動子１は、基本
振動の共振周波数１１に対して、他のモードの共振周波
数１２の差が、７キロヘルツから１５キロヘルツであっ
た。他方、外周に溝を設けた実施例の場合、図５に示す
ように基本振動の共振周波数１３と他のモードの共振周
波数１４の差は、１２キロヘルツから２０キロヘルツに
広がっている。このため、一般の周波数自動追尾式発振
回路でも十分対応できるようになった。なお、加工され
る溝の幅や深さや数は、超音波振動子や振動素子の基本
振動や、形状寸法、要求される共振周波数の差の大きさ
等、又、加工機械の能力等により変化させる必要があ
り、目的の特性が得られれば、基本的にはなるべく狭く
て浅い幅の溝を少い本数加工することがよい。
す本発明の実施例の超音波振動子と、図２に示す従来の
超音波振動子について、共振状態を示すインピーダンス
と周波数の関係を示すインピーダンス・周波数特性図を
調べた結果を図５及び図６に各々示す。各々の基本振動
周波数１１、１３はほぼ６０キロヘルツに設定してあ
る。図６に示すように、従来の超音波振動子１は、基本
振動の共振周波数１１に対して、他のモードの共振周波
数１２の差が、７キロヘルツから１５キロヘルツであっ
た。他方、外周に溝を設けた実施例の場合、図５に示す
ように基本振動の共振周波数１３と他のモードの共振周
波数１４の差は、１２キロヘルツから２０キロヘルツに
広がっている。このため、一般の周波数自動追尾式発振
回路でも十分対応できるようになった。なお、加工され
る溝の幅や深さや数は、超音波振動子や振動素子の基本
振動や、形状寸法、要求される共振周波数の差の大きさ
等、又、加工機械の能力等により変化させる必要があ
り、目的の特性が得られれば、基本的にはなるべく狭く
て浅い幅の溝を少い本数加工することがよい。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接合する振動子用ホーンに、外周部から中心の軸方向へ
切り込まれ、ホーンの軸と平行に設けられた溝を設ける
ことにより、基本振動の共振周波数と近接して存在する
他のモードの共振周波数との差を広くでき、超音波振動
子を駆動する際、安定して駆動できる高い性能を有する
超音波振動子と、これを構成する振動子用ホーンを提供
できる。
接合する振動子用ホーンに、外周部から中心の軸方向へ
切り込まれ、ホーンの軸と平行に設けられた溝を設ける
ことにより、基本振動の共振周波数と近接して存在する
他のモードの共振周波数との差を広くでき、超音波振動
子を駆動する際、安定して駆動できる高い性能を有する
超音波振動子と、これを構成する振動子用ホーンを提供
できる。
【図１】本発明の一実施例の振動子用ホーンを取り付け
た超音波振動子を示す正面図。
た超音波振動子を示す正面図。
【図２】従来の振動子用ホーンを取り付けた従来の超音
波振動子を示す正面図。
波振動子を示す正面図。
【図３】図１の本発明の実施例の超音波振動子に用いた
実施例の振動子用ホーンの接合面側から見た正面図。
実施例の振動子用ホーンの接合面側から見た正面図。
【図４】図２に示す従来の超音波振動子に用いた従来の
振動子用ホーンの接合面側から見た正面図。
振動子用ホーンの接合面側から見た正面図。
【図５】本発明の実施例の超音波振動子の周波数・イン
ピーダンス特性図。
ピーダンス特性図。
【図６】従来の超音波振動子の周波数・インピーダンス
特性図。
特性図。
１ 裏打ち板 ２ 電極板 ３ セラミックス ４ 前面板 ５ （振動子用）ホーン ６ フランジ ７ 溝 ８ 取り付けねじ ９ （振動素子の）輻射面 １０ （ホーンの）輻射面 １１ 基本振動の共振周波数 １２ 他のモードの共振周波数 １３ 基本振動の共振周波数 １４ 他のモードの共振周波数 １５ （ホーンの）接合面 １６ （超音波）振動素子
Claims (2)
- 【請求項１】 超音波振動素子の縦方向の基本振動に共
振し、この超音波振動素子に接続されて超音波振動子の
振幅を拡大するために用いられる振動子用ホーンにおい
て、ホーンの周囲に、ホーンの基本振動の方向（軸方
向）と平行な溝が設けられたことを特徴とする振動子用
ホーン。 - 【請求項２】 超音波振動素子の輻射面に請求項１記載
の振動子用ホーンを取り付けて構成されたことを特徴と
する超音波振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23876793A JPH0760190A (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 振動子用ホーンと超音波振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23876793A JPH0760190A (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 振動子用ホーンと超音波振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0760190A true JPH0760190A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=17034969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23876793A Pending JPH0760190A (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 振動子用ホーンと超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760190A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6845897B2 (en) * | 2001-11-12 | 2005-01-25 | Kabushiki Kaisha Shinkawa | Ultrasonic horn for a bonding apparatus |
| JP2008531257A (ja) * | 2005-02-24 | 2008-08-14 | サルフコ インコーポレーティッド | 高出力超音波ホーン |
| JP2009028784A (ja) * | 2008-04-09 | 2009-02-12 | Ito Yoshihiko | 超音波振動接合装置 |
| CN102294323A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-12-28 | 河南理工大学 | 单激励纵-扭复合振动转换装置 |
-
1993
- 1993-08-30 JP JP23876793A patent/JPH0760190A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6845897B2 (en) * | 2001-11-12 | 2005-01-25 | Kabushiki Kaisha Shinkawa | Ultrasonic horn for a bonding apparatus |
| JP2008531257A (ja) * | 2005-02-24 | 2008-08-14 | サルフコ インコーポレーティッド | 高出力超音波ホーン |
| JP2009028784A (ja) * | 2008-04-09 | 2009-02-12 | Ito Yoshihiko | 超音波振動接合装置 |
| JP4718575B2 (ja) * | 2008-04-09 | 2011-07-06 | 伊藤 仁彦 | 超音波振動接合装置 |
| CN102294323A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-12-28 | 河南理工大学 | 单激励纵-扭复合振动转换装置 |
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