JPS6248401A - 振動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、振動装置に係シ、特に長尺はりを構成する部
材、例えば切削工具等の長尺物に、超音波振動等の振動
を付与するのに好適な振動装置に関するものである。

〔発明の背景〕

セラミックス等の加工には、超音波加工がきわめて効果
的であることが知られている。しかし、従来の超音波振
動切削工具は、かなシ大きな超音波振動発振装置を必要
とし、これを刃物台へ取シ付けだ場合、作業性を著しく
悪くしていることから実用化が進んでいなかった。

従来の旋削用工具に代表される長尺物の超音波振動切削
装置は、例えば、特公昭５４−５８５８号公報記載のも
ののように、先端に切刃を有する曲げ振動バイトのシャ
ンクの後方に縦振動磁歪振動子の共振ホーン先端をねじ
締結し、その磁歪振動子により前記バイトを加振して曲
げ振動させ、バイト先端の切刃部を切削方向に振動させ
る構造となっていた。

この装置では、相当大きな縦振動磁歪振動子を必要とす
るだめ、装置が大がかりとなることや、作業性の悪いこ
とについて十分配慮されていなかった。

また、発振器は、縦振動磁歪振動子の振動振幅を増幅す
るための共振ホーンの共振周波数が１つに限定されてい
るため、１つの振動周波数でしか工具を撮動させること
ができなかった。したがって、振動周波数を変えたい場
合、高価な発振器を取りかえる必要があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、大きな振動子を必要とせず、かつ、振動
周波数を変化させることができ、超音波振動切削装置に
適用可能な振動装置の提供を、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る振動装置の構成は、長尺はりを構成する部
材の曲げ振動の中立面で２分される領域の一方の位置、
あるいは中立面をはさんで対称の位置に、その長尺はシ
の長手方向に当該部材の伸縮を与えうる電歪振動子を坂
付けて、上記長尺はりを構成する部材Ｋ、当該部材の伸
縮にともなう曲げ振動を与えるようにしだものである。

なお、本発明を開発した考え方を付記すると、次のとお
りである。

長尺けりを構成する部材（以下単にはシという）の軸心
を含む平面、すなわち中立面で２分される領域の一方に
、長手方向に伸びを与えるとはりはわん曲する。したが
って、はりの曲げ振動数に対応して、はりの軸方向に繰
り返し伸び縮みさせると、はりは曲げ振動する。

そこで、例えば両端支持構成のはシの長手方向の軸心を
含む平面で２分される領域の一方に電歪振動子をはさみ
込み、この電歪振動子に周期的に電圧を印加することに
よシ、はりの長手方向尾伸縮を与えてはりをわん曲させ
、曲げ振動を生せしめることができる。

このとき、わん曲したときのはり中央部のたわみの最大
値δは、軸方向の伸びをＸ、はシの両端を固定している
支持点間の距離をｔ、はシの曲げ方向の厚さをｈとする
と、 δ＝−Ｘ で与えられ、伸びに対しｔ／ｈの増幅率をもつ。

また、はりに挿入した電歪振動子の部分が、はりの支持
点間の中央にくるようＫして、支持点間距離を変えるこ
とばよシ、はりの曲げ振動の共振周波数が変わるだめ、
振動周波数を変化させることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第９図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る振動装置の略
伝構成図、第２図は、第１図の装置の機能を説明する模
式図である。

第１図（でおいて、１は、長尺はりを構成する部材に係
る振動体で、この振動体１は長方形断面をもっている。

２は、振動体１の両端近くを支持する支持部材、３ば、
振動体１の長手方向の中央部で、かつ、中立面で２分さ
れる領域の一方の位置にはさみ込まれた電歪振動子に係
る電歪素子、４，４′は、その電歪素子３の両側面に形
成されている電極である。

いま、電歪素子（以下電歪振動子という）３の両側面の
４ｈ　ｉ夕４，４′に高電圧を加えると、振動体１の上
半分は伸びるため、第２図（ａ）に示すように、振動体
１は電歪振動子３がある方向、すなわち上に凸の方向へ
わん曲する。

次だ、電歪振動子３の両側面の電極４，４′への電圧を
ゼロにすると、電歪振動子３は伸びがなくなり、第１図
に示す元の形状に戻ろうとするが、わん曲の歪エネルギ
ーが運動エネルギーに変換されるだめ、中立点を通り過
ぎて、第２図（ｂ）に示すように第２図（ａ）と逆方向
にわん曲する。

運動エネルギーが曲げの歪エネルギーに変換されると、
再び振動体１は元の形状に戻ろうとする。

振動体１が第１図に示す中立形状てなったとき、再び電
歪振動子３の両側面の電極４．４’に電圧を加えると、
第２図（ａ）に示すようにわん曲する。

したがって、第２図（Ｃ）に示すように周期的しで電圧
を印加することにより、第２図（ｄ）に示すよって曲げ
振動する。同図における＋は、振動体１のに歪振動子３
がある方向へわん曲したときのたわみが最大となる中央
部の変位、−は、その逆方向への変位を示している。

次に、第３図は、本発明の他の実施例に係る振動装置の
略伝構成図、第４図は、第３図の装置の電歪振動子へ印
加する電圧と振動体の変位との関係を示す説明図である
。

第３図において、１′は、長尺ばりを構成する部材に係
る振動体で、この振動体１′は長方形断面をもち、両端
近くを支持部材２で支持されている。３−１．３−２は
、振動体１′の長手方向の中央部で、かつ、中立面をは
さんで上、下対称の位置にはさみ込まれた電歪振動子で
ある。

ところで、先の第１図の実施例では、振動体１が第２図
（ａ）の状態から第２図（ｂ）の状態へわん曲しようと
する場合、減衰率の大きい部材では、第２図（ａ）と（
ｂ）とのわん曲の大きさが異なシ、振動体１の曲げ振動
の変位波形が歪む可能性があった。

そこで第３図の実施例では、振動体１′の中立面に対称
に上側に電歪振動子３−１．下側に電歪振動子３−２を
設け、まず、上側の電歪振動子３−１に電圧を印加し、
振動体１′の上半分の伸びにともなう上に凸のわん曲が
なされ、その電圧をゼロにし、わん曲の歪エネルギーが
運動エネルギーに変換されて、先の第２図の（ａ）から
（ｂ）へ移ってゆくとき、下側の電圧振動子３−２に電
圧を印加し、振動体１′の下半分の伸びにともなう下に
凸のわん曲がなされる。

しだがって、第４図（ａ）、　（ｂ）に示すように電圧
を印加することによシ、第４図（Ｃ）に示すように曲げ
振動する。

ここに第４図（ａ）は、電歪振動子３−１に印加する電
圧、第４図（ｂ）は、電歪振動子３−２に印カロする電
圧、第４図（Ｃ）は、振動体１′の振動変位を示してい
る。

本実施例によれば、振動体が減衰率の大きな素材の場合
でも、上、下に均一な振動波形を得ることができる。

前述の第１図および第３図の両実施例では、振動体の支
持点が、振動体の曲げ振動する面内に設置されているが
、曲げ振動振幅が大きい場合には、支持部材２と振動体
１　（１’）との間で摩擦し熱が発生したシ、供給エネ
ルギーの損失が生じる。

そこで、その対策を施した第５図の実施例を説明する。

第５図は、本発明のさらに他の実施例に係る振動装置の
斜視図である。図中、第３図と同一符号のものは第３図
の実施例と同一部分であるから、その説明を省略する。

第５図の実施例では、振動体１“が曲げ振動する面内に
垂直の方向で、振動体１“の両端付近の中央部に支持部
材２′を設けるように°構成したもので、これにより、
支持部材２′と振動体１″との摩擦を減らすことができ
、摩擦熱の発生や供給エネルギーの損失を防止できる。

次に第６図は１本発明のさらに他の実施例に係る振動装
置の構成と作用を示す説明図である。

第６図において、５は、長尺片持はりを構成する部材に
係る振動体で、この振動体１は長方形断面を持っている
。６は、この振動体１の片持はりの固定端を構成する支
持部材、７−１．７−７２は、振動体５の長手方向の中
央部で、かつ、中立面をはさんで上、下対称の位置には
さみ込んだ電歪振動子である。

いま、電歪振動子７−１に電圧を印加すると、振動体５
の上半分の伸びにともなって破線に示すように振動体５
ばわん曲する。これが元に複しだところで電歪振動子７
−２に電圧を印加すると、振動体５の下半分の伸びにと
もなって一点鎖線に示すように振動体５はわん曲する。

以下５電歪振動子７−１．７−２に交互に電圧を印加す
ることによって曲げ振動がなされる。

第６図の実施例によれば、先の第１．３．５図の実施例
だおける両端支持の場合に比べ、振動体５の自由端５ａ
における振動振幅が、電歪振動子の同じ伸びに対し、２
倍に大きくできる利点がある。

次に、前述の第１図の実施例の振動装置を、超音波振動
切削装置に応用した例を、第７図を参照して説明する。

第７図は、本発明の一応用実施例に係る振動切削装置の
正面図である。

第７図において、ＩＡは、長尺ばりを構成する部材に係
る振動バイトで、この振動バイトＩＡは長方形断面をも
っている。２人は、振動バイトＩＡを両端支持する支持
部材、３Ａは、振動・（イトの中央部で、かつ、中立面
の上方にはさみ込まれた電歪振動子、４Ａ、４Ａ’は、
電歪振動子３Ａの両側面に形成されている電極、８は、
振動バイト１を取付ける刃物台、９は、振動バイト先端
に設けた切削工具に係るバイト切刃である。

このよりに構成した振動切削装置は、第１図に示した振
動装置の振動体１を振動バイトＩＡとし先端にバイト切
刃９を具備したもので、第２図に示したように振動バイ
トＩＡＩＣ曲げ振動を生じるものである。その振動周波
数をセラミック等の加工に好適な超音波に選ぶことによ
り、超音波振動切削装置を提供することができる。

まだ、第８図は、本発明の他の応用実施例に係る振動切
削装置の斜視図である。図中、第７図と同一符号のもの
は、第７図の実施例と同等部分であるから、その説明を
省略する。

第８図の振動パイ）ＩＢにおいては、電歪振動子３Ｂを
、第７図の実施例に対Ｉ７て９０°位相をずらした位置
に取付けている。

これによシ、切削方向に対し直角方向の振動をバイト切
刃９に与えることができる。

次に、前述の第６図の実施例の振動装置を、超音波振動
切削装置に応用した例を第９図を参照して説明する。

第９図は、本発明のさらに他の応用実施例に係る振動切
削装置の斜視図である。

第９図だおいて、５Ａは、長尺はりを構成する部材に係
る振動バイトで、この振動パイ）５Ａは長方形断面を持
っている。６Ａは、この振動ノくイト５Ａの先端部を片
持はシに構成する支持部材、７Ａ−１，７Ａ−２は、振
動バイト５Ａの片持はりを構成する部分の中央部で、か
つ、中立面をはさんで上、下対称の位置にはさみ込んだ
電歪振動子、８は刃物台、９は、振動バイト先端に設け
た切削工具に係るバイト切刃である。

このように構成した振動切削装置は、第６図に示した振
動装置の振動体５を振動パイ）５Ａとし先端にバイト切
刃９を具備したもので、その振動周波数をセラミック等
の加工に好適な超音波に選ぶことにより、超音波振動切
削装置を提供することができる。

なお、前述の実施例における振動切削装置は、第１図の
両端支持はり構成の振動装置、第６図の片持はり構成の
振動装置を振動切削装置に応用した例であるが、そのほ
か、第３図、第５図の振動装置を応用できることは言う
までもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は、大きな振動子を必要とせ
ず、かつ、振動周波数を変化させることができ、超音波
振動切削装置に適用可能な振動装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る振動装置の略伝構成
図、第２図は、第１図の装置の機能を説明する模式図、
第３図は、本発明の他の実癩例に係る振動装置の略伝構
成図、第４図は、第３図の装置の電歪振動子へ印加する
電圧と振動体の変位との関係を示す説明図、第５図は、
本発明のさらに他の実施例に係る振動装置の斜視図、第
６図は、本発明のさらに他の実施例だ係る振動装置の構
成と作用を示す説明図、第７図は、本発明の一応用実施
例に係る振動切削装置の正面図、第８図は、本発明の他
の応用実施例に係る振動切削装置の斜視図、第９図は、
本発明のさらに他の応用実施例尾係る振動切削装置の斜
視図である。 １．１’、１″、５・・・振動体、１ノに、　　ＩＢ、
　　５Ａ・・・振動バイト、２．２’、２Ａ、６，６Ａ
・・・支持部材、３，３Ａ、３Ｂ、３−１．３−２．７
−１゜７−２．　７Ａ−１，７Ａ−２・・・電歪振動子
、４゜４’　、４Ａ、４Ａ’・・・電極、８・・・刃物
台、９・・・バ（ほか１名） 茅１固 第３　固 第５　固 茅に　固 茅７９ 茅δ　巴

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長尺はりを構成する部材の曲げ振動の中立面で２分
   される領域の一方の位置、あるいは中立面をはさんで対
   称の位置に、その長尺はりの長手方向に当該部材の伸縮
   を与えうる電歪振動子を取付けて、上記長尺はりを構成
   する部材に、当該部材の伸縮にともなう曲げ振動を与え
   るように構成したことを特徴とする振動装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、長尺は
   りを構成する部材は、その部材の一端に切削工具を具備
   したものである振動装置。