JPH11123364A - Ultrasonic horn - Google Patents
Ultrasonic hornInfo
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- JPH11123364A JPH11123364A JP28859697A JP28859697A JPH11123364A JP H11123364 A JPH11123364 A JP H11123364A JP 28859697 A JP28859697 A JP 28859697A JP 28859697 A JP28859697 A JP 28859697A JP H11123364 A JPH11123364 A JP H11123364A
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- ultrasonic
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波穿孔機、超
音波圧搾機、超音波かしめ機、超音波半田付機、超音波
切断機などの超音波加工機や、超音波洗浄機、超音波攪
拌機などに用いられる超音波ホーンに関するものであ
る。The present invention relates to an ultrasonic drilling machine, an ultrasonic pressing machine, an ultrasonic caulking machine, an ultrasonic soldering machine, an ultrasonic cutting machine, etc., an ultrasonic cleaning machine, The present invention relates to an ultrasonic horn used for an ultrasonic stirrer or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、この種の超音波ホーンとして
は、鋼製、チタン合金製、アルミニウム合金製のものが
知られており、超音波加工用或は超音波洗浄用に用いる
場合は、ホーンの先端部（実際に作業を行なう部分）
は、耐摩耗性、耐エロージョン性を備えていることが要
求される。そのため、鋼製のホーンでは、焼き入れ、硬
化処理が施されており、またチタン合金製のものにおい
ても、窒化処理などの硬化処理が施されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of ultrasonic horn, those made of steel, titanium alloy, and aluminum alloy are known. When used for ultrasonic processing or ultrasonic cleaning, Horn tip (the part where you actually work)
Is required to have abrasion resistance and erosion resistance. For this reason, horns made of steel are subjected to quenching and hardening, and hardenings such as nitriding are also applied to titanium horns.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】更に、近年では、ホー
ンの先端部の耐摩耗性を向上させるために、ホーンの先
端部に超硬合金からなる硬質部材を接合したもの（特表
平２−５０４４８７号公報参照）が提案されているが、
使用中に破損等が生じることがあり、必ずしも十分では
ない。Further, in recent years, in order to improve the abrasion resistance of the tip of the horn, a hard member made of a cemented carbide has been joined to the tip of the horn (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei. 504487) has been proposed,
Damage may occur during use, which is not always sufficient.
【０００４】本発明は上記の問題点を鑑みて提案された
もので、耐摩耗性が高いだけでなく、使用中に破損等が
生じにくく、耐久性に優れた超音波ホーンを提供するこ
とを目的としている。The present invention has been proposed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic horn not only having high abrasion resistance but also being less likely to be damaged during use and having excellent durability. The purpose is.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、金属からなる基体の先端部の側面
に、超音波による作業を行なう硬質部材を取り付けた超
音波ホーンにおいて、基体と硬質部材との結合部分にお
ける基体表面に沿った剪断強度が、５０ＭＰａ以上であ
ることを特徴とする超音波ホーンを要旨とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic horn in which a hard member for performing an ultrasonic operation is attached to a side surface of a distal end portion of a metal base. An ultrasonic horn is characterized in that the shear strength along the surface of the base at the joint between the base and the hard member is 50 MPa or more.
【０００６】本発明では、基体と硬質部材との結合部分
における基体表面に沿った剪断強度が、５０ＭＰａ以上
であるので、超音波による作業を行った場合に、硬質部
材が破損しにくく、耐久性に優れている。 ・ここで、超音波による作業を行なう硬質部材（例えば
セラミックチップ）とは、超音波による作業を行なう固
体や液体に対して直接的に（又は間接的に）作用して、
超音波加工や攪拌などを行なう部材である。In the present invention, the shear strength along the surface of the base at the joint between the base and the hard member is 50 MPa or more. Is excellent. -Here, the hard member (for example, ceramic chip) that performs the operation by the ultrasonic wave acts directly (or indirectly) on the solid or liquid that performs the operation by the ultrasonic wave,
A member that performs ultrasonic processing, stirring, and the like.
【０００７】・また、硬質部材を基体の先端部に取り付
ける方法としては、ろう材により、先端部の側面に硬質
部材を接合するろう付けや、硬質部材を基体の先端部に
設けた嵌合孔に嵌合させて応力によって結合する方法、
例えば圧入、焼き嵌め、冷し嵌めなどを採用できる。従
って、前記結合部分とは、ろう付の場合は接合部分であ
り、嵌合の場合は嵌合部分である。[0007] Further, as a method of attaching the hard member to the tip of the base, there are brazing for joining the hard member to the side surface of the tip with a brazing material, and a fitting hole in which the hard member is provided at the tip of the base. A method of fitting with and joining by stress,
For example, press fitting, shrink fitting, cold fitting, and the like can be adopted. Therefore, the joining portion is a joining portion in the case of brazing and a fitting portion in the case of fitting.
【０００８】・更に、超音波ホーン全体の形状として
は、その基端部を太くし、先端部を細くしたものを採用
できる。また、この形状とは別に、基端部と先端部との
材質を違えることによって、所望の振動特性を得られる
ようにしてもよい。 ・また、超音波ホーンの先端部の形状としては、円柱
形、角柱形等を採用でき、先端部の側面に硬質部材を取
り付けることができる形状であれば、特に限定はない。Further, as the shape of the whole ultrasonic horn, one having a thicker base end and a thinner end can be adopted. In addition to this shape, desired vibration characteristics may be obtained by changing the material of the base end portion and the material of the distal end portion. The shape of the tip of the ultrasonic horn is not particularly limited as long as it can be a columnar shape, a prismatic shape, or the like, and can have a hard member attached to a side surface of the tip.
【０００９】請求項２の発明は、剪断強度が、１００Ｍ
Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の超音
波ホーンを要旨とする。本発明では、基体と硬質部材と
の結合部分における基体表面に沿った剪断強度が、前記
請求項１より大きく、１００ＭＰａ以上であるので、よ
り破損しにくく、更に耐久性に優れている。According to a second aspect of the present invention, the shear strength is 100 M
The gist of the ultrasonic horn according to claim 1, wherein the ultrasonic horn is Pa or more. In the present invention, the shear strength along the surface of the base at the joint portion between the base and the hard member is greater than that of the first aspect and is 100 MPa or more, so that it is more resistant to breakage and more excellent in durability.
【００１０】請求項３の発明は、基体に硬質部材をろう
付け接合した超音波ホーンであって、その接合面におけ
る最長方向の寸法が、硬質部材の高さの寸法より大きい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波ホーン
を要旨とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic horn in which a hard member is brazed to a substrate, and a dimension in a longest direction of the joining surface is larger than a height dimension of the hard member. An ultrasonic horn according to claim 1 or 2 is a gist.
【００１１】本発明は、基体に硬質部材をろう付けして
いる。そして、その接合面における最長方向の寸法が、
硬質部材の高さの寸法より大きいので、超音波による作
業を行った場合に、硬質部材が破損しにくく、耐久性に
優れている。ここで、接合面における最長方向の寸法と
は、例えば硬質部材が円柱状である場合には直径であ
り、角柱状である場合には対角線の長さである。また、
高さとは、接合面より基体の外側に向けて突出する硬質
部材の寸法（即ちどれほど突出しているかを示す値）で
ある。尚、基体の凹部に硬質部材が配置されてろう付け
されている場合には、凹部以外の基体表面からの高さを
硬質部材の高さとする。In the present invention, a hard member is brazed to a base. And the dimension in the longest direction at the joining surface is
Since the height of the hard member is larger than the height of the hard member, the hard member is less likely to be damaged when working with ultrasonic waves, and has excellent durability. Here, the dimension in the longest direction on the joining surface is, for example, a diameter when the hard member is cylindrical, and a diagonal length when the hard member is prismatic. Also,
The height is a dimension of a hard member protruding from the bonding surface toward the outside of the base (ie, a value indicating how much protruding). When the hard member is arranged in the concave portion of the base and brazed, the height from the surface of the base other than the concave portion is defined as the height of the hard member.
【００１２】請求項４の発明は、基体の金属が、ロック
ウエル硬さ４０以上であることを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載の超音波ホーンを要旨とする。本発
明では、基体の金属（例えば鋼）のロックウエル硬さが
４０以上であり、十分に硬いので、基体が振動した場合
でも、振動損失が少なく、基体自身が発熱し難い。それ
により、超音波振動子に対する熱の影響を低減できる。According to a fourth aspect of the present invention, the metal of the base has a Rockwell hardness of 40 or more.
The gist is the ultrasonic horn according to any one of (3). In the present invention, the Rockwell hardness of the metal (for example, steel) of the base is 40 or more and sufficiently hard, so that even when the base vibrates, the vibration loss is small, and the base itself does not easily generate heat. Thereby, the influence of heat on the ultrasonic vibrator can be reduced.
【００１３】請求項５の発明は、硬質部材が、主として
窒化珪素からなることを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の超音波ホーンを要旨とする。この窒化珪素
を主成分とする硬質部材は、優れた耐熱性、耐摩耗性、
靱性を備えているので、好ましいものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic horn according to any one of the first to fourth aspects, wherein the hard member is mainly made of silicon nitride. This hard member mainly composed of silicon nitride has excellent heat resistance, wear resistance,
It is preferable because it has toughness.
【００１４】尚、前記硬質部材の材料としては、前記窒
化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）以外に、例えば、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、炭化珪素（ＳｉＣ）、
サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）、又はこれらの複合部材、
或は超硬、サーメット等の周知の硬質材料が使用可能で
ある。[0014] The material of the hard member, in addition to the silicon nitride (Si 3 N 4), for example, alumina (Al 2
O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon carbide (SiC),
Sialon, or a composite member thereof,
Alternatively, a known hard material such as a carbide or a cermet can be used.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明の超音波ホーンの実施の形
態の例（実施例）について、図面に基づいて説明する。 （実施例１）本実施例の超音波ホーンは、ホーン本体
（基体）の先端部の側面に、圧入によりセラミックチッ
プを結合したものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment (example) of an ultrasonic horn according to the present invention will be described with reference to the drawings. (Embodiment 1) The ultrasonic horn of this embodiment is one in which a ceramic chip is connected to a side surface of a tip portion of a horn body (base) by press-fitting.
【００１６】ａ）まず、本実施例の超音波ホーンの構成
について説明する。図１に示す様に、本実施例の超音波
ホーンは、中間部分から先端に向かって細く形成された
円柱状の基体１と、基体１の細い先端部２に取り付けら
れた硬質部材であるセラミックチップ３とから構成され
ている。A) First, the configuration of the ultrasonic horn of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the ultrasonic horn according to the present embodiment has a cylindrical base body 1 formed thinner from an intermediate portion toward a front end, and a ceramic member as a hard member attached to a thin front end portion 2 of the base body 1. And a chip 3.
【００１７】前記基体１は、ＪＩＳ ＳＮＣＭ６３０の
鋼からなり、セラミックチップ３は、窒化珪素を主成分
とする材料からなる。尚、セラミックチップ３の材料
は、主成分の窒化珪素９０重量％に、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ
2Ｏ3、ＴｉＮが適量添加された材料である。The base 1 is made of JIS SNCM630 steel, and the ceramic chip 3 is made of a material containing silicon nitride as a main component. The material of the ceramic chip 3 is composed of 90% by weight of silicon nitride as a main component, Al 2 O 3 and Y.
It is a material to which appropriate amounts of 2 O 3 and TiN are added.
【００１８】このうち、基体１は、図示しない超音波振
動子が取り付けられる断面円形の基端部（直径２０ｍｍ
×長さ３０ｍｍ）４と、基端部４から徐々に径が小さく
なる断面円形の中間部（直径２０〜１５ｍｍ×長さ２０
ｍｍ）６と、セラミックチップ３が取り付けられている
先端部（直径１２．５ｍｍ×長さ１５ｍｍ）２とからな
る。この基体１は、全体が焼き入れされて、その硬度
は、ロックウエル硬度（ＨＲＣ）４８となっている。Among them, the base 1 has a circular base end (diameter 20 mm) to which an ultrasonic transducer (not shown) is attached.
× length 30 mm) 4 and an intermediate portion (diameter 20 to 15 mm × length 20) having a circular cross section whose diameter gradually decreases from the base end 4.
mm) 6 and a tip (12.5 mm in diameter × 15 mm in length) 2 to which the ceramic chip 3 is attached. The substrate 1 is entirely quenched and has a Rockwell hardness (HRC) of 48.
【００１９】尚、基端部４の軸中心には、その端面側４
ａに開口する第１孔７ａが設けられ、そ側面４ｂには、
等間隔に第２孔〜第４孔７ｃ〜ｅが設けられている。ま
た、前記先端部２には、図１の上下方向の側面がカット
されて、平面状とされた側面１１，１２が形成されてい
る。このうち、一方の側面（嵌合面）１１には、図２に
基体１のみを示す様に、セラミックチップ３が嵌合され
る嵌合孔（直径４．９８ｍｍ×深さ５ｍｍ）１３が、基
体１の軸と直交する様に設けられている。It should be noted that the center of the base end 4 is located at the end face 4
A first hole 7a opening to the side a is provided.
The second to fourth holes 7c to 7e are provided at equal intervals. Further, the front end portion 2 is formed with flat side surfaces 11 and 12 in which the side surfaces in the vertical direction in FIG. On one side (fitting surface) 11, a fitting hole (diameter 4.98 mm × depth 5 mm) 13 into which the ceramic chip 3 is fitted is formed as shown in FIG. It is provided so as to be orthogonal to the axis of the base 1.
【００２０】一方、図１に示す様に、セラミックチップ
３は、軸方向の長さが８．２５ｍｍの断面円形の部材で
あり、先端部２の嵌合面１１からは、３．２５ｍｍの高
さに突出している。このセラミックチップ３では、図３
（ａ）に示す様に、嵌合孔１３に嵌合される嵌合部３ａ
の径（直径５ｍｍ）は、嵌合面１１から突出する先端側
の加工部３ｂの径（直径３．５ｍｍ）よりも大きくされ
ている。また、セラミックチップ３の圧入側の底面３ｅ
の周囲には、１ｍｍのＲ加工が施してある。On the other hand, as shown in FIG. 1, the ceramic chip 3 is a member having a circular section with an axial length of 8.25 mm, and a height of 3.25 mm from the fitting surface 11 of the tip 2. It is protruding. In this ceramic chip 3, FIG.
As shown in (a), the fitting portion 3a fitted in the fitting hole 13
(Diameter 5 mm) is larger than the diameter (3.5 mm diameter) of the processed portion 3b on the distal end side protruding from the fitting surface 11. Also, the bottom surface 3e on the press-in side of the ceramic chip 3
Is rounded at 1 mm.
【００２１】尚、本実施例では、嵌合孔１３に対してセ
ラミックチップ３の嵌合部３ａを圧入するので、嵌合部
３ａの直径は、嵌合孔１３の直径よりわずかに大きく、
例えば０．０１〜０．０２ｍｍ大きく設定されている。
また、セラミックチップ３の先端面３ｃには、図３
（ｂ），（ｃ）に示す様に、ローレット加工が施してあ
る。このローレット加工とは、複数の溝３ｄを直交させ
てメッシュ状にしたものであり、溝３ｄのピッチは０．
２ｍｍ、深さは０．１ｍｍ、外側に開く角度は９０度で
あって、溝３ｄの底部には半径０．１５ｍｍのＲ加工が
施してある。尚、図３（ａ）に示す様に、先端面３ｃの
周囲は面取りされている。In this embodiment, since the fitting portion 3a of the ceramic chip 3 is press-fitted into the fitting hole 13, the diameter of the fitting portion 3a is slightly larger than the diameter of the fitting hole 13.
For example, it is set to be larger by 0.01 to 0.02 mm.
Also, the tip surface 3c of the ceramic chip 3 is
Knurling is performed as shown in (b) and (c). This knurling is a process in which a plurality of grooves 3d are made orthogonal to form a mesh.
2 mm, the depth is 0.1 mm, the opening angle is 90 degrees, and the bottom of the groove 3d is rounded with a radius of 0.15 mm. Incidentally, as shown in FIG. 3A, the periphery of the distal end face 3c is chamfered.
【００２２】ｂ）次に、本実施例の超音波ホーンの製造
方法について説明する。まず、基体１となる鋼の棒材
（図示せず）に対し、金属切削用のバイト及び旋盤を使
用して、基端部４から先端部２までを切削加工した。そ
れとともに、先端部２の両側面を平面状に切削して、嵌
合面１１及びその反対側の側面１２を形成した。B) Next, a method for manufacturing the ultrasonic horn of the present embodiment will be described. First, a steel bar (not shown) serving as the base 1 was cut from the base end portion 4 to the tip end portion 2 using a cutting tool and a lathe for metal cutting. At the same time, both side surfaces of the distal end portion 2 were cut into a flat shape to form the fitting surface 11 and the opposite side surface 12.
【００２３】次に、先端部２の平面状の嵌合面１１に、
ドリルで穴を開けて嵌合孔１３などを形成した。これに
より、前記図２に示す形状の基体１を完成した。また、
これとは別のセラミックチップ３の製造工程にて、例え
ば粉末の窒化珪素等の材料を、成形した後に焼結して、
セラミックチップ３を製造した。Next, the flat fitting surface 11 of the tip 2
Holes were drilled to form fitting holes 13 and the like. Thus, the base 1 having the shape shown in FIG. 2 was completed. Also,
In another manufacturing process of the ceramic chip 3, for example, a material such as powdered silicon nitride is molded and then sintered.
A ceramic chip 3 was manufactured.
【００２４】そして、このセラミックチップ３に対し
て、その底面３ｅの周囲にＲ加工を施して、周囲を丸く
した。また、セラミックチップ３の作業面３ｃの外周に
面取りを施した。更に、作業面３ｃに対して、ダイヤモ
ンド砥石により複数の溝３ｄを形成することによりロー
レット加工を施した。The ceramic chip 3 was rounded around the bottom surface 3e to make the periphery round. Further, the outer periphery of the working surface 3c of the ceramic chip 3 was chamfered. Further, knurling was performed on the working surface 3c by forming a plurality of grooves 3d with a diamond grindstone.
【００２５】次に、セラミックチップ３の外周部分及び
基体１の嵌合孔１３の内側に、滑剤としてステアリン酸
のエマルジョンを塗布し、セラミックチップ３の嵌合部
３ａを基体１の嵌合孔１３内に圧入する。その後、３５
０℃に加熱して滑剤を飛ばした。Next, an emulsion of stearic acid is applied as a lubricant to the outer peripheral portion of the ceramic chip 3 and the inside of the fitting hole 13 of the base 1, so that the fitting portion 3a of the ceramic chip 3 is Press into. Then 35
Heated to 0 ° C to remove lubricant.
【００２６】これにより、セラミックチップ材３は基体
１と機械的な応力によって結合され、図１に示す超音波
ホーンを完成した。 ｃ）次に、本実施例に超音波ホーンの剪断強度の測定方
法について説明する。図４に示す様に、セラミックチッ
プ３の側面のうち、基体１から突出している太い径の部
分３ｆに対して、嵌合面１１に沿って剪断応力を加え
る。As a result, the ceramic chip material 3 was bonded to the base 1 by mechanical stress, and the ultrasonic horn shown in FIG. 1 was completed. c) Next, a method for measuring the shear strength of the ultrasonic horn will be described in this embodiment. As shown in FIG. 4, a shearing stress is applied along a fitting surface 11 to a thick portion 3 f protruding from the base 1 on the side surface of the ceramic chip 3.
【００２７】具体的には、超音波ホーンの基体１及びセ
ラミックチップ３を水平に配置し、セラミックチップ３
の側面に対して、嵌合面１１に平行に工具鋼製のプレー
ト１９を当てる。このプレート１９の先端側は、セラミ
ックチップ３の側面形状に合わせて湾曲している。More specifically, the base 1 of the ultrasonic horn and the ceramic chip 3 are arranged horizontally, and the ceramic chip 3
A plate 19 made of tool steel is applied in parallel to the fitting surface 11 against the side surface of the fitting. The distal end side of the plate 19 is curved in accordance with the side surface shape of the ceramic chip 3.
【００２８】この状態で、プレート１９に対して、荷重
速度１ｍｍ／ｍｉｎで矢印Ａ方向に荷重を加えて、セラ
ミックチップ３が破断するまでの剪断強度を測定した。
その結果、３５０ｋｇの荷重でプレート１９が斜めにな
り、セラミックチップ３のエッジが欠けたため試験を測
定を終了した。尚、この測定により、プレート１９の先
端部も大きく変形した。In this state, a load was applied to the plate 19 in the direction of arrow A at a load speed of 1 mm / min, and the shear strength until the ceramic chip 3 was broken was measured.
As a result, the plate 19 was inclined with a load of 350 kg, and the edge of the ceramic chip 3 was chipped. In addition, the tip part of the plate 19 was greatly deformed by this measurement.
【００２９】従って、この時の剪断強度は、９．８×３
５０／（２．５×２．５×π）＝１７５ＭＰａ以上と計
算される。 ｄ）次に、本実施例の効果を確認するために行った実験
例について説明する。本実施例の超音波ホーンの完成品
を、超音波溶接機に取り付け、厚さ０．５ｍｍ×幅１０
ｍｍ×長さ５０ｍｍの銅板同士を溶接した。Therefore, the shear strength at this time is 9.8 × 3
It is calculated as 50 / (2.5 × 2.5 × π) = 175 MPa or more. d) Next, an experimental example performed to confirm the effect of the present embodiment will be described. The finished product of the ultrasonic horn of this embodiment was attached to an ultrasonic welding machine, and the thickness was 0.5 mm and the width was 10 mm.
The copper plates of mm × length 50 mm were welded together.
【００３０】溶接条件は、先端の振幅を２５μｍ、荷重
１００ｋｇ、荷重負荷時間１秒、超音波印加時間０．５
秒、超音波周波数４０ｋＨｚとした。この溶接により、
銅板同士は強固に接合された。また、セラミックチップ
３には異常は認められなかった。The welding conditions were as follows: the tip amplitude was 25 μm, the load was 100 kg, the load time was 1 second, and the ultrasonic wave application time was 0.5.
Second, the ultrasonic frequency was 40 kHz. With this welding,
The copper plates were firmly joined. No abnormality was observed in the ceramic chip 3.
【００３１】そして、この超音波ホーンの耐久性を調べ
るために、同様な溶接を２００回繰り返した。その結
果、２００回同様な溶接を行なっても、セラミックチッ
プ３に破損等の異常は見られなかった。この様に、本実
施例の超音波ホーンでは、基体１の先端部２の側面に設
けられた嵌合孔１３に、セラミックチップ３が圧入され
て結合されており、その剪断強度は１７５ＭＰａと非常
に大きなものである。The same welding was repeated 200 times to examine the durability of the ultrasonic horn. As a result, even if the same welding was performed 200 times, no abnormality such as breakage was found in the ceramic chip 3. As described above, in the ultrasonic horn according to the present embodiment, the ceramic chip 3 is press-fitted into the fitting hole 13 provided on the side surface of the distal end portion 2 of the base 1 and has a shear strength of 175 MPa. It is a big thing.
【００３２】そのため、例えば溶接などの作業を好適に
行なうことができるとともに、作業中にセラミックチッ
プ３の破損などが生じにくく、耐久性に優れている。ま
た、セラミックチップ３の嵌合面１１における断面の直
径は５ｍｍであり、一方、嵌合面１１から突出するセラ
ミックチップ３の高さは３．２５ｍｍであり、その直径
の方が高さより寸法が大きいので、この点からも破損が
生じにくいという利点がある。Therefore, for example, work such as welding can be suitably performed, and the ceramic chip 3 is hardly damaged during the work, so that the durability is excellent. The diameter of the cross section of the ceramic chip 3 at the fitting surface 11 is 5 mm, while the height of the ceramic chip 3 protruding from the fitting surface 11 is 3.25 mm, and the diameter is larger than the height. Since it is large, there is an advantage that breakage hardly occurs from this point as well.
【００３３】更に、基体の金属が、ロックウエル硬さ４
８と硬いので、振動損失が少なく、基体自身が発熱し難
い。それにより、超音波振動子に対する熱の影響を低減
できる。その上、セラミックチップ３が、主として窒化
珪素からなるので、優れた耐熱性、耐摩耗性、靱性を備
えている。 （実施例２）次に、実施例２について説明するが、前記
実施例１と同様な箇所の説明は省略又は簡略化する。Further, the metal of the substrate has a Rockwell hardness of 4
8, the vibration loss is small, and the substrate itself hardly generates heat. Thereby, the influence of heat on the ultrasonic vibrator can be reduced. In addition, since the ceramic chip 3 is mainly made of silicon nitride, it has excellent heat resistance, wear resistance, and toughness. (Embodiment 2) Next, Embodiment 2 will be described, but the description of the same parts as in Embodiment 1 will be omitted or simplified.
【００３４】本実施例の超音波ホーンは、前記実施例１
とはセラミックチップの形状が多少異なる。 ａ）図５に示す様に、本実施例の超音波ホーンに使用さ
れるセラミックチップ２０は、嵌合部２０ａに、底部２
０ｂから３ｍｍの位置から２ｍｍの幅にて、径の小さな
くびれ部分２０ｃを有するものである。尚、他の寸法は
前記実施例１と同様である。The ultrasonic horn of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
Is slightly different from the shape of the ceramic chip. a) As shown in FIG. 5, the ceramic chip 20 used in the ultrasonic horn of the present embodiment has a bottom portion 2
It has a constricted portion 20c with a small diameter at a width of 2 mm from a position of 0 mm to 3 mm. The other dimensions are the same as in the first embodiment.
【００３５】そして、このセラミックチップ２０を、前
記実施例１と同様な基体（図示せず）に圧入して、超音
波ホーンを製造する。 ｂ）そして、この超音波ホーンの効果を確認するための
実験を行った。ここでは、下記表１に示す様に、くびれ
部分の直径を変更した実施例の試料No.１〜５を作成
し、前記実施例１と同様にして剪断強度を測定した。
尚、剪断強度の測定は、プレートの破損を考慮して、荷
重が３００ｋｇを越えた時点で終了とした。Then, the ceramic chip 20 is press-fitted into a substrate (not shown) similar to that of the first embodiment to manufacture an ultrasonic horn. b) Then, an experiment for confirming the effect of the ultrasonic horn was performed. Here, as shown in Table 1 below, Sample Nos. 1 to 5 in which the diameter of the constricted portion was changed were prepared, and the shear strength was measured in the same manner as in Example 1.
The measurement of the shear strength was terminated when the load exceeded 300 kg in consideration of breakage of the plate.
【００３６】また、超音波ホーンによる溶接の状態を調
べる溶接性の観察を行った。更に、チップのカケの状態
を調べる耐久性を、良好な溶接が可能な溶接回数により
調べた。尚、溶接性が良好とは、強固に接合しており人
が力を加えても剥がれ等が生じない状態を示す。その結
果を同じく下記表１に記す。In addition, the weldability of the ultrasonic horn for examining the state of welding was observed. Furthermore, the durability for checking the chipping state of the chip was checked by the number of times of welding that enables good welding. In addition, good weldability means a state in which the joints are firmly bonded and no peeling or the like occurs even when a force is applied by a person. The results are also shown in Table 1 below.
【００３７】一方、比較例として、嵌合部のくびれ部分
の大きなセラミックチップを作成し、これを基体に圧入
して、比較例の超音波ホーン（試料No.５）を作成し
た。そして、この超音波ホーンに対して、前記実施例１
と同様にして剪断強度を測定した。また、同様に溶接性
及び耐久性を調べた。その結果を同じく下記表１に示
す。On the other hand, as a comparative example, a ceramic chip having a large constricted portion at the fitting portion was prepared and pressed into a base to prepare an ultrasonic horn (sample No. 5) of the comparative example. Then, the ultrasonic horn was used in the first embodiment.
The shear strength was measured in the same manner as described above. In addition, the weldability and the durability were similarly examined. The results are also shown in Table 1 below.
【００３８】[0038]
【表１】 [Table 1]
【００３９】この表１から明かな様に、本実施例の超音
波ホーン（試料No.１〜５）は、剪断強度が５０ＭＰａ
以上であるので、溶接性が良好であり、溶接回数も１０
回以上と多い。そのため、例えば溶接などの作業を好適
に行なうことができるとともに、作業中にセラミックチ
ップ２０の破損などが生じにくく、耐久性に優れてい
る。特に、剪断強度が１００ＭＰａ以上のものは、溶接
回数が２００回以上でもセラミックチップ２０に破損等
が見られず、一層耐久性に優れている。As is clear from Table 1, the ultrasonic horn of this embodiment (sample Nos. 1 to 5) has a shear strength of 50 MPa.
As described above, the weldability is good and the number of times of welding is 10
More than once. Therefore, for example, work such as welding can be suitably performed, and damage to the ceramic chip 20 hardly occurs during the work, and the durability is excellent. In particular, when the shear strength is 100 MPa or more, even if the number of weldings is 200 or more, the ceramic chip 20 is not damaged and the durability is further improved.
【００４０】それに対して比較例のもの（試料No.６）
は、剪断強度が４０ＭＰａであるので、溶接１回でセラ
ミックチップが破損して溶接できず、好ましくない。 （実施例３）次に、実施例３について説明するが、前記
実施例１と同様な箇所の説明は省略又は簡略化する。On the other hand, that of the comparative example (sample No. 6)
However, since the shear strength is 40 MPa, the ceramic chip is damaged by one welding and cannot be welded, which is not preferable. (Embodiment 3) Next, Embodiment 3 will be described, but the description of the same parts as in Embodiment 1 will be omitted or simplified.
【００４１】本実施例の超音波ホーンは、基体の先端部
の側面に、ろう付けによりセラミックチップを接合した
ものである。 ａ）まず、本実施例の超音波ホーンの構成について説明
する。図６に示す様に、本実施例の超音波ホーンでは、
基体２１は、ＪＩＳ ＳＮＣＭ６３０からなり、その構
造及び寸法は、前記実施例１とほぼ同様である。The ultrasonic horn of this embodiment has a ceramic chip joined to the side surface of the tip of the base by brazing. a) First, the configuration of the ultrasonic horn of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 6, in the ultrasonic horn of this embodiment,
The base 21 is made of JIS SNCM630, and its structure and dimensions are almost the same as those of the first embodiment.
【００４２】本実施例では、先端部２２の側面には、セ
ラミックチップ２３をろう付けするために、平面状の基
体側接合面２４が形成されているが、この基体側接合面
２４には、嵌合孔が形成されていない。一方、セラミッ
クチップ２３は、前記実施例１と同じく、窒化珪素を主
成分とするものであるが、その形状が多少異なる。In the present embodiment, a flat base-side joining surface 24 is formed on the side surface of the tip end portion 22 for brazing the ceramic chip 23. No fitting hole is formed. On the other hand, the ceramic chip 23 is mainly composed of silicon nitride as in the first embodiment, but the shape thereof is slightly different.
【００４３】つまり、図７に示す様に、セラミックチッ
プ２３は、高さ３．２５ｍｍの断面円形の部材であり、
その基台２３ａの底面、即ち基体側接合面２４に接合さ
れるチップ側接合面２３ｂの径（直径５ｍｍ）は、セラ
ミックチップ２３の先端側の加工部２３ｃの径（直径
３．５ｍｍ）よりも大きくされている。That is, as shown in FIG. 7, the ceramic chip 23 is a member having a height of 3.25 mm and a circular cross section.
The diameter (diameter 5 mm) of the bottom surface of the base 23a, that is, the chip-side bonding surface 23b bonded to the base-side bonding surface 24 is larger than the diameter (3.5 mm in diameter) of the processed portion 23c on the tip end side of the ceramic chip 23. Has been enlarged.
【００４４】尚、セラミックチップ２３の先端面２３ｄ
には、前記実施例１と同様なローレット加工及び面取り
が施されている。 ｂ）次に、本実施例の超音波ホーンの製造方法について
説明するが、ここでは、ろう付け方法について説明す
る。The tip surface 23d of the ceramic chip 23
Is subjected to the same knurling and chamfering as in the first embodiment. b) Next, a method for manufacturing the ultrasonic horn of this embodiment will be described. Here, a brazing method will be described.
【００４５】セラミックチップ２３のチップ側接合面２
３ｂに、真空蒸着により、セラミック側から順に、厚さ
０．２μｍのチタン、厚さ０．２μｍのモリブデン、厚
さ２μｍの銅の膜を形成した。次に、下記表１に示す実
施例の寸法で、Ａｇ７２重量％、Ｃｕ２８重量％からな
るろう材を準備し、基体側接合面２４とチップ側接合面
２３ｂとの間にろう材を挟み、アルゴン中で８３０℃に
加熱して、ろう付けを行った。Chip-side bonding surface 2 of ceramic chip 23
3b, a film of titanium having a thickness of 0.2 μm, molybdenum having a thickness of 0.2 μm, and copper having a thickness of 2 μm were formed in this order from the ceramic side by vacuum evaporation. Next, a brazing material having a size of 72% by weight of Ag and 28% by weight of Cu having the dimensions shown in Table 1 below was prepared, and the brazing material was interposed between the base-side bonding surface 24 and the chip-side bonding surface 23b. And then brazed by heating to 830 ° C.
【００４６】その他の製造手順は、前記実施例１とほぼ
同様にして、本実施例の超音波ホーンを完成した。 ｃ）次に、本実施例の効果を確認するために行った実験
例について説明する。本実施例の超音波ホーン（試料N
o.７〜９）に対する剪断強度の測定は、前記実施例１と
同様にして行った。その結果を下記表２に記す。尚、剪
断強度の測定は、プレートの破損を考慮して、荷重が３
００ｋｇを越えた時点で終了とした。The other manufacturing procedures were substantially the same as in the first embodiment, and the ultrasonic horn of the second embodiment was completed. c) Next, an experimental example performed to confirm the effect of the present embodiment will be described. The ultrasonic horn of this embodiment (sample N
Measurement of shear strength for o.7 to 9) was performed in the same manner as in Example 1 above. The results are shown in Table 2 below. The shear strength was measured with a load of 3 in consideration of plate breakage.
The process was terminated when it exceeded 00 kg.
【００４７】更に、前記実施例１と同様にして、溶接を
行ない、その溶接の状態を調べる溶接性の観察を行うと
ともに、チップのカケの状態を調べる耐久性を溶接回数
により調べた。その結果を同じく下記表２に記す。ま
た、ろう材の寸法を違えて作成した比較例の超音波ホー
ン（試料No.１０，１１）に対しても、同様な実験を行
ない、その結果を同じく表２に示す。Further, welding was carried out in the same manner as in Example 1 to observe the weldability for checking the welding condition, and the durability for checking the chip condition of the chip was checked by the number of times of welding. The results are also shown in Table 2 below. Similar experiments were also performed on ultrasonic horns (samples Nos. 10 and 11) of comparative examples prepared with different brazing material dimensions, and the results are also shown in Table 2.
【００４８】[0048]
【表２】 [Table 2]
【００４９】但し、試料No.７，８は、荷重３００ｋｇ
で終了。試料No.１１は、ローレット加工時に接合部分
で破損。この表２から明かな様に、本実施例の超音波ホ
ーン（試料No.７〜９）は、基体２１の先端部２２の側
面に設けられた基体側接合面２４にて、セラミックチッ
プ３が強固にろう付けされており、その剪断強度は１３
５ＭＰａ以上と大きなものである。However, Sample Nos. 7 and 8 have a load of 300 kg.
Ends with Sample No. 11 was damaged at the joint during knurling. As is clear from Table 2, in the ultrasonic horn (samples Nos. 7 to 9) of the present embodiment, the ceramic chip 3 is formed on the base-side joining surface 24 provided on the side surface of the tip end portion 22 of the base 21. It is brazed firmly and its shear strength is 13
It is as large as 5 MPa or more.
【００５０】そのため、例えば溶接などの作業を好適に
行なうことができるとともに、作業中にセラミックチッ
プ２３の破損などが生じにくく、耐久性に優れている。
また、本実施例においても、セラミックチップ２３のチ
ップ側接合面２３ｂの直径は５ｍｍであり、一方、セラ
ミックチップ３の高さは３．２５ｍｍであり、その直径
の方が高さより寸法が大きいので、この点からも破損が
生じにくいという利点がある。それ以外にも、前記実施
例１と同様な効果を奏する。Therefore, for example, work such as welding can be suitably performed, and the ceramic chip 23 is hardly damaged during the work, and the durability is excellent.
Also in the present embodiment, the diameter of the chip-side joining surface 23b of the ceramic chip 23 is 5 mm, while the height of the ceramic chip 3 is 3.25 mm, and the diameter is larger than the height. From this point, there is an advantage that breakage hardly occurs. In addition, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
【００５１】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各
種の態様で実施できるのは勿論である。 （１）例えば前記実施例１〜３では、同じ金属で基体を
作成したが、必要な機能を発揮する限りでは、異なる金
属を結合（又は接合）させて基体を作成してもよい。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and it is needless to say that the present invention can be carried out in various modes without departing from the gist of the present invention. (1) For example, in the first to third embodiments, the base is made of the same metal. However, the base may be made by bonding (or joining) different metals as long as the required function is exhibited.
【００５２】（２）また、セラミックチップの形状に関
しては、他の形状であっても、超音波による作業が可能
で、接合面（又は嵌合面における断面）の最長の長さが
その高さより長いものであれば好適である。例えば図８
に示す様に、長方形の基台３１の一端から上方に突出す
る形状のセラミックチップ３２を用いることができる。
この場合は、基台３１の対角線の長さが、セラミックチ
ップ３２の高さより高く設定されている。(2) Regarding the shape of the ceramic chip, it is possible to work with ultrasonic waves even with other shapes, and the longest length of the joining surface (or the cross section at the fitting surface) is greater than its height. A longer one is preferred. For example, FIG.
As shown in the figure, a ceramic chip 32 having a shape protruding upward from one end of a rectangular base 31 can be used.
In this case, the length of the diagonal line of the base 31 is set higher than the height of the ceramic chip 32.
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上詳述した様に、請求項１の発明で
は、基体とセラミックチップとの結合部分における基体
表面に沿った剪断強度が、５０ＭＰａ以上であるので、
超音波による作業を行った場合に、セラミックチップが
破損しにくく、耐久性に優れている。As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, the shear strength along the surface of the base at the joint between the base and the ceramic chip is 50 MPa or more.
When working with ultrasonic waves, the ceramic chip is hardly damaged and has excellent durability.
【００５４】請求項２の発明では、剪断強度が１００Ｍ
Ｐａ以上であるので、より破損しにくく、更に耐久性に
優れている。請求項３の発明では、ろう付けされる接合
面における最長方向の寸法が、セラミックチップの高さ
の寸法より大きいので、超音波による作業を行った場合
に、セラミックチップが破損しにくく、耐久性に優れて
いる。According to the second aspect of the present invention, the shear strength is 100 M
Since it is Pa or more, it is harder to be damaged and further excellent in durability. According to the third aspect of the present invention, since the dimension in the longest direction of the joining surface to be brazed is larger than the height dimension of the ceramic chip, the ceramic chip is less likely to be damaged when performing an operation using ultrasonic waves, and has a high durability. Is excellent.
【００５５】請求項４の発明では、基体の金属が、ロッ
クウエル硬さ４０以上であるので、振動損失が少なく、
基体自身が発熱し難い。それにより、超音波振動子に対
する熱の影響を低減できる。請求項５の発明は、セラミ
ックチップが、主として窒化珪素からなるので、優れた
耐熱性、耐摩耗性、靱性を備えている。According to the fourth aspect of the present invention, since the metal of the base has a Rockwell hardness of 40 or more, the vibration loss is small,
The substrate itself is unlikely to generate heat. Thereby, the influence of heat on the ultrasonic vibrator can be reduced. The invention of claim 5 has excellent heat resistance, wear resistance and toughness because the ceramic chip is mainly made of silicon nitride.
【図１】 実施例１の超音波ホーンを示し、（ａ）はそ
の一部を破断して示す正面図、（ｂ）はその側面図であ
る。FIG. 1 shows an ultrasonic horn according to a first embodiment, (a) is a front view showing a part of the ultrasonic horn, and (b) is a side view thereof.
【図２】 実施例１の超音波ホーンの基体を示し、
（ａ）はその一部を破断して示す正面図、（ｂ）はその
側面図である。FIG. 2 shows a substrate of the ultrasonic horn of Example 1,
(A) is a front view showing a part of the structure, and (b) is a side view thereof.
【図３】 実施例１の超音波ホーンのセラミックチップ
を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は嵌合した状態を
上面から示す説明図、（ｃ）はその先端面の凹凸を拡大
して示す説明図である。3A and 3B show a ceramic chip of the ultrasonic horn according to the first embodiment, wherein FIG. 3A is a front view, FIG. 3B is an explanatory view showing a fitted state from the top, and FIG. FIG.
【図４】 剪断強度の測定方法を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a method for measuring shear strength.
【図５】 実施例２の超音波ホーンのセラミックチップ
を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing a ceramic chip of the ultrasonic horn according to the second embodiment.
【図６】 実施例３の超音波ホーンを示し、（ａ）はそ
の一部を破断して示す正面図、（ｂ）はその側面図であ
る。6A and 6B show an ultrasonic horn according to a third embodiment, wherein FIG. 6A is a front view showing a part of the ultrasonic horn, and FIG. 6B is a side view thereof.
【図７】 実施例３の超音波ホーンのセラミックチップ
を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は接合した状態を
上面から示す説明図である。FIGS. 7A and 7B show a ceramic chip of an ultrasonic horn according to a third embodiment, wherein FIG. 7A is a front view thereof, and FIG.
【図８】 他の超音波ホーンの一部を示し、（ａ）はそ
の正面図、（ｂ）は平面図である。8A and 8B show a part of another ultrasonic horn, in which FIG. 8A is a front view and FIG. 8B is a plan view.
１，２１…基体（ホーン本体） ２，２２…先端部 ３，２０，２３，３２…セラミックチップ １１…嵌合面 ２４…基体側接合面 ２３ｂ…チップ側接合面 1, 21: Base (horn body) 2, 22: Tip 3, 20, 23, 32: Ceramic chip 11: Fitting surface 24: Base-side bonding surface 23b: Chip-side bonding surface
Claims (5)
音波による作業を行なう硬質部材を取り付けた超音波ホ
ーンにおいて、 前記基体と前記硬質部材との結合部分における基体表面
に沿った剪断強度が、５０ＭＰａ以上であることを特徴
とする超音波ホーン。1. An ultrasonic horn in which a hard member for performing an ultrasonic work is attached to a side surface of a tip portion of a base made of metal, wherein a shear strength along a surface of the base at a joint portion between the base and the hard member. Is an ultrasonic horn having a pressure of 50 MPa or more.
ることを特徴とする前記請求項１に記載の超音波ホー
ン。2. The ultrasonic horn according to claim 1, wherein the shear strength is 100 MPa or more.
した超音波ホーンであって、 その接合面における最長方向の寸法が、前記硬質部材の
高さの寸法より大きいことを特徴とする前記請求項１又
は２に記載の超音波ホーン。3. An ultrasonic horn in which the hard member is brazed to the base body, wherein a dimension in a longest direction of the joining surface is larger than a height dimension of the hard member. Item 3. The ultrasonic horn according to item 1 or 2.
０以上であることを特徴とする前記請求項１〜３のいず
れかに記載の超音波ホーン。4. The method according to claim 1, wherein said base metal has a Rockwell hardness of 4.
The ultrasonic horn according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic horn is 0 or more.
なることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記
載の超音波ホーン。5. The ultrasonic horn according to claim 1, wherein said hard member is mainly made of silicon nitride.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28859697A JPH11123364A (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Ultrasonic horn |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28859697A JPH11123364A (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Ultrasonic horn |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11123364A true JPH11123364A (en) | 1999-05-11 |
Family
ID=17732303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28859697A Pending JPH11123364A (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Ultrasonic horn |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11123364A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002096024A (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ceramic member for ultrasonic horn and ultrasonic horn having the same |
| JP2004119190A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Yazaki Corp | Ultrasonic joining device |
| JP2005272862A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Hitachi Metals Ltd | Rotary body made of of ceramics |
-
1997
- 1997-10-21 JP JP28859697A patent/JPH11123364A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002096024A (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ceramic member for ultrasonic horn and ultrasonic horn having the same |
| JP2004119190A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Yazaki Corp | Ultrasonic joining device |
| JP2005272862A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Hitachi Metals Ltd | Rotary body made of of ceramics |
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Legal Events
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