KR101331756B1

KR101331756B1 - 초음파 충격 처리용 진동 시스템 및 공구

Info

Publication number: KR101331756B1
Application number: KR1020087006621A
Authority: KR
Inventors: 에핌 에스. 스태트니코프; 올레그 브이. 코롤코프; 볼데마르 오. 무크테파벨; 블라디슬라브 와이. 코로스텔
Original assignee: 유.아이.티., 엘.엘.씨.
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2013-11-20
Also published as: CN101405881A; JP5051919B2; US20070040476A1; KR20080046196A; US20080035627A1; CN101405881B; JP2009504397A; US7276824B2; WO2007024495A3; WO2007024495A2

Abstract

본원에는 기계와 기구의 구조물, 구조 유닛 및 구성요소를 초음파 충격 처리하기 위한 자왜 변환기, 진동 시스템 및 공구를 포함하는 장치가 개시된다. 본 발명은 소규모, 대규모 및 대량 생산의 조건 하에서 가공면에 대한 정적, 동적 및 충격 하중, 높은 특징 안정성, 및 그 호환성의 동시 작용에 의해 영향받는 자왜 변환기, 진동 시스템 및 그 구성요소, 공구와 그 부분의 높은 신뢰성을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 실현 및 제조 기술의 새로운 방법을 사용한 설계 해결책을 구비한다.

자왜 코어, 도파관, 압자, 핀 홀더, 리테이너 판, 변환기 냉각 케이스, 진동 시스템, 핸들, 밀봉 조립체, 부싱, 콘센트레이터

Description

초음파 충격 처리용 진동 시스템 및 공구{OSCILLATING SYSTEM AND TOOL FOR ULTRASONIC IMPACT TREATMENT}

본 발명은 금속 및 합금을 초음파 충격 처리(UIT: ultrasonic impact treatment)하여 금속 및 합금을 강화하고 그로부터 스트레인을 제거하기 위한 공구, 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 공구 및 장치는 기계 및 기구의 구조물, 구조 유닛, 및 구성요소의 처리를 위해 자왜(磁歪:magnetostrictive) 변환기 및 충격 압자(壓子:indenter)를 갖는 진동 시스템을 포함한다. 본 발명은 가공 표면에 대한 정적, 동적 및/또는 충격 하중의 동시적인 작용에 의해 영향을 받는 자왜 변환기, 진동 시스템, 및 그 구성요소의 높은 신뢰성, 높은 특징 안정성, 및 소규모, 대규모, 및 대량 생산 조건 하에서의 호환성을 제공한다.

자왜 변환기에 기초한 초음파 충격 처리용 제1 공구가 1972년 7월 4일자 USSR 발명자 증서(Inventor's Certificate) 제472782호에 기재되어 있다. 실제로, 이 공구는 30년 넘게 변화되지 않았다. 오늘날, 초음파 공구의 안정성, 기술적 유효성, 및 신뢰성에 대한 요건은 무엇보다 신규 금속 및 합금의 외관으로 인해 현저히 증가되었다.

초음파 충격 처리용 기초 수공구(hand tool)는 이하의 기본 구성요소를 갖는 다: 조합될 때 진동 시스템(OS: oscillating system)을 포함하는 진동 속도의 콘센트레이터(concentrator), 도파관, 및 압자를 갖는 자왜 변환기; 펌핑가능한 냉각액(물, 냉각제)을 갖는 변환기 케이스; 로크 너트, 핀 홀더, 스프링 커플링 및 핸들을 갖는 보디. 자왜 변환기 및 압전 세라믹 초음파 변환기는 모두 50년 넘게 알려져 있다. 오랜 세월 동안, 두 가지 유형의 변환기의 형상은 많이 변화되지 않았다. 통상적으로, 변환기는 진동 속도 전환기(transformer)와 같은 주파수 감소형 클램프 판 또는 공진 도파관을 갖는 압전-능동형 재료로 만들어진 단수 또는 복수의 로드(rod)이다. 오늘날 강화 초음파 기술의 분야에서, 강력한 공구는 주철, 스테인리스강, 고장력강, 및 알루미늄, 티타늄, 구리 등의 합금과 같은 재료의 처리시에 파손까지의 시간이 짧다.

자왜 변환기는 초음파 충격 처리시에 임펄스 충격 하중 하에 사용된다. 이 과정 동안에, 변환기의 능동 요소는 이를 형성하는 재료에 대한 기계적 한계 응력을 받는다. 자왜 변환기의 공지된 제조 기술은 진동 시스템의 진폭-주파수 및 에너지 특징의 일관성을 허용하지 않는다. 메인 진동 시스템 제조 단계는 코어 제조 및 조립, 콘센트레이터 제조, 코어 어닐링, 브레이징(brazing), 및 함침(impregnation)이다.

오늘날 세계적으로, 강력한 특정-목적의 자왜 변환기의 제조업자는 고객맞춤식이며 소규모이다. 변환기 제조 기술은 결국 이들 변환기에 기초한 진동 시스템의 파라미터의 30%까지 산포를 나타낸다. 이는 특징의 안정성 및 반복성, 진동 시스템 신뢰성 및 현재의 표준과의 그 합치 및 그로인한 호환성이 설비의 주요 성능 기준이 연속 제작 조건 하에서 이러한 변환기의 사용을 불가능하게 만든다.

압전 세라믹 변환기는 주로 액체 환경에서 실시되는 초음파 세척, 함침 등과 같은 절차에서 일정한 하중 하의 처리 시에 넓은 분포를 갖는다. 압전 세라믹은 큰 충격 효과를 감당하지 못하는 것으로 알려져 있다. 오늘날, 미국 특허 제6,467,321호에 개시된 것과 같이, 50N까지의 정적 공구 압력과 더불어 500와트(W) 까지의 저전력에서의 초음파 충격 처리를 위해 압전 세라믹을 사용하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 이들 공구는 강도가 낮은 재료를 처리하기 위한 특정 목적에만 사용될 수 있으며, 따라서 이들 공구는 가공물 경화를 위한 확장된 용도를 갖지 않는다. 압전 세라믹에 기초한 진동 시스템은 대부분의 공지된 구조의 재료를 처리하는데 필요한 충격 및 동적 하중에 대한 저항과 높은 파워 레벨을 충분히 보장할 수 없다.

본 발명은 금속 및 합금을 초음파 충격 처리(UIT)하여 금속 및 합금을 강화하고 그로부터 스트레인을 제거하기 위한 공구, 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 공구 및 장치는 초음파 진동 시스템의 자왜 변환기를 포함한다. 기계 및 기구의 구조물, 구조 유닛, 및 구성요소의 초음파 충격 처리를 위해 공구가 설계된다. 본 발명은 가공 표면에 대한 정적, 동적 및 충격 하중의 동시 작용에 의해 영향을 받는 자왜 변환기, 진동 시스템, 및 그 구성요소, 공구 및 부품의 높은 신뢰성, 높은 특징 안정성, 및 소규모, 대규모, 및 대량 생산 조건 하에서의 그 호환성을 제공한다.

자왜 변환기의 사용에 의한 UIT 공구 제조는 최신 산업 및 제조에 있어서 공구 응용의 확장과 관련된 새로운 과제를 부여한다. 이들 과제에는 이하의 것이 포함된다:

- 변환기 파워의 최대 사용과 변환기 중량 및 치수의 최소화 기준에 따른 자왜 변환기의 효율;

- 공구에 큰 동적 및 정적 힘이 작용할 때 충격 조건 하에서 특정 진동 모드에 대한 진동 시스템 안정성;

- 공구 작업시에 초음파 진동에 의해 초래되는 포와송(Poisson) 관련 진동-충격 하중 및 동작을 고려하여 제로 칼라를 따른 신뢰성있는 댐프-방지(damp-proof) 시일을 보장하는 것;

- 압자와 도파관 사이에서 제어된 음향적 커플링을 보장하는 것;

- 장기 공구 작업시에 핀 홀더의 안내 구멍의 수명을 증대시키는 것;

- 장기 하중 인가 하에 기술적 도파관 팁의 수명을 증대시키는 것;

- 공구 반발시에 저장된 탄성 에너지의 에너지 보존을 사용하는 것; 및

- 상이한 조건 하에서의 공구 범용성 및 인간공학성.

본 발명은 또한 다양한 작업 조건 하에서 뿐만 아니라 연속 수행되는 제작 조건 하의 긴 작업 도중에 특정한 음향적 및 기계적 하중을 견딜 수 있는 새로운 UIT 공구를 생산하기 위한 공학적 해결책에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 공구 조립체의 측면도이다.

도2a는 본 발명의 최적화된 치수를 갖는 O형 자왜 코어를 도시한다.

도2b는 동일 주파수의 코어의 상이한 치수 형태에서의 자왜 포화 곡선을 도시한다.

도3a는 원추-원통형(conical-cylindrical) 변환기의 측면도이다.

도3b는 A-A선상에서 취한 도3a의 자왜 코어의 단면도이다.

도3c는 본 발명의 기술적 도파관의 측면도이다.

도4a 내지 도4c는 동등한 입력 변위 진폭이 26㎛일 때 상이한 구성을 갖는 진동 속도 전환기의 비교 곡선을 도시한다.

도5a 내지 도5d는 에너지 출력에 대한, 계단형 및 원추-원통형 콘센트레이터의 비교 특징을 각각 도시한다.

도6a는 충격으로 인해 진동하는 특정 탄성의 가공물에 대한, 공구 질량과 동등한 집중 질량의 충격의 주파수 스펙트럼을 도시한다.

도6b는 특정 탄성의 가공물에 대한 (공구의) 집중 질량의 충격을 개략 도시한다.

도6c는 특정 탄성의 스프링 상에 현수되는 초음파 공구의 차트의 집중 질량의 영향의 주파수 스펙트럼을 도시한다.

도6d는 특정 탄성의 스프링 상에 현수되는 공구에 의한 초음파 충격을 개략 도시한다.

도7a 내지 도7f는 상이한 길이를 갖는 압자의 비교 결과를 도시한다.

도8a 내지 도8d는 초음파 충격 처리 중의 압자 가압 시스템을 도시한다.

도9a 및 도9b는 각각 2-반경 압자의 측면도 및 정면도이다.

도10은 자기장의 유무에 따른 코어 어닐링의 통계적 결과를 도시한다.

도11a 및 도11b는 콘센트레이터 상의 코어에 대한 리세스 구멍의 두 가지 형상을 도시한다.

도12a 내지 도12e는 도파관 가공 팁 구성을 도시한다.

도13은 곡선형의 기술적 도파관을 도시한다.

도14는 자왜 변환기가 제로 칼라에 고정되는 밀봉 조립체을 도시한다.

도15는 케이블 밀봉 조립체을 도시한다.

도16은 자왜 변환기 냉각 조립체을 도시한다.

도17a는 핀 고정 조립체의 측면도이다.

도17b는 도17a의 핀 고정 조립체의 평면도이다.

도18의 (a) 및 도18의 (b)는 브레이징 영역에 자왜 코어의 규칙적으로 변위된 판을 갖는 변환기의 부분 절취도이다.

도19a 및 도19b는 자왜 변환기의 진동 속도의 콘센트레이터로서, 브레이징 영역에 라운드형 리세스를 갖는 콘센트레이터의 부분 절취도이다.

도20은 자기장에서의 자왜 변환기의 브레이징 공정을 개략 도시한다.

도21은 자왜 변환기 조립 및 브레이징을 위한 조립 지그를 도시한다.

도22는 22-22선상에서 취한 도21의 자왜 코어의 평면 단면도이다.

도23은 주로 저진폭부에서 도파관의 추가 질량의 최적화를 통해서 기계적 변위의 진폭을 증대시키는 원추-원통형 도파관-진동 속도 전환기를 도시하는 것으로, 이 설계는 가공물의 임무 및 특징에 따라 처리 및 선택되는 재료에 있어서 중요한 동적 및 준정적 힘 하에서 안정적인 진동을 허용한다.

도24는 특정 진동 속도에서 접근하기 어려운 먼 지역에 배치된 표면의 처리시에 초음파 진동을 변환기로부터 기술적 도파관으로 전달하도록 설계된 연장 공진 도파관을 도시한다.

도25는 접근하기 어렵고 그리고/또는 멀리 떨어진 구역에서의 표면 처리를 위한 곡선형 기술적 도파관을 도시한다.

도26은 공구 본체 내의 변환기 케이스를 통한 초음파 진동-시스템의 독립 서스펜션의 상세를 도시한다.

도27은 공구 본체 내의 변환기 케이스의 독립 서스펜션 및 조절 지지체의 제2 실시예의 상세를 도시한다.

도28은 공구 본체 내의 변환기 케이스의 독립 서스펜션의 제3 실시예의 상세를 도시한다.

도29는 변환기 케이스를 공구 본체와 축방향으로 연결하는 신속-교체 스프링을 갖는 공구 후방부의 일 실시예을 도시한다.

도30a 및 도30b는 자왜 변환기의 공기 냉각을 포함하는 초음파 충격 공구의 실시예을 도시한다.

도31은 물과 공기 환경에서 작동하는 변환기의 가열 속도뿐 아니라, 변환기 코어 함침에 사용되는 고온 폴리머의 가열 속도의 다이어그램이다.

도32a는 캐비테이션 부식방지 수단을 갖는 변환기 브레이징 조인트의 상세도 로서, 변환기 콘센트레이터가 라운드형 리세스를 갖는 것을 도시한다.

도32b는 캐비테이션 부식방지 수단을 갖는 변환기 브레이징 조인트의 상세도로서, 변환기 콘센트레이터가 슬롯을 갖는 것을 도시한다.

도33은 캐비테이션 부식방지 수단을 갖는 자왜 변환기 코어 단부의 상세도이다.

도34a는 교체가능한 삽입체를 갖는 핀 홀더의 평면도이다.

도34b는 교체가능한 삽입체를 갖는 핀 홀더의 측면도이다.

본 발명은 금속 및 합금을 초음파 충격 처리하여 금속 및 합금을 강화하고 그로부터 스트레인을 제거하기 위한 공구, 장치 및 방법에 관한 것이다. 도1은 본 발명의 공구 조립체를 도시한다. 기본 공구(30)는 적어도 하나의 압자(31), 열탄성 리테이너 판(32), 기술적 도파관(33), 클램프(35)를 갖는 핀 홀더(34), 핀 홀더 브래킷(36), 나사 링(37), 사이드 핸들 클램프(38), 제로 칼라(64) 위의 밀봉 조립체(39), 변환기 냉각 케이스(41)를 구비한 자왜 변환기(40), 스프링(42), 공구 본체(43), 와이어 밀봉 조립체(44), 부싱(45), 너트 또는 클램프 나사(46, 47), 전방 핸들(48), 사이드 핸들(49), 및 호스와 케이블용 출력 조립체(50)를 포함한다.

도1에서, 출력 조립체(50)는 냉각 액체를 구비한 호스 및 변환기(40)의 파워 케이블을 도시한다. 상기 출력 조립체(50)는 공구 본체(43)의 내경에 대해 중심맞춤된 부싱(45) 상에 장착된다. 중공 부싱(45)은 바람직하게 클램프 나사에 의해 변환기 케이스(41)에 단단히 고정될 수 있으며, 변환기 케이스(41)와 함께 공 구(30)를 따라서 자유롭게 이동한다. 따라서, 초음파 충격 처리시에, 부싱(45)은 변환기 케이스(41)와 동기적으로 공구 본체(43) 내부를 종방향으로 이동한다. 출력 조립체(50)는 부싱(45) 내에서 공구(30)의 조작자에게 인간공학적으로 바람직한 각도로 비틀린다. 부싱(45)의 내면은 출력 조립체(50)의 내면에 매끄럽게 진입한다. 따라서, 출력 조립체(50) 내의 케이블 및 호스는 공구 본체(43)로부터 어떠한 기계적 영향도 받지 않는다.

자왜 변환기(40)의 와이어 출력부 밀봉 조립체(44)는 와이어용 구멍을 갖는 탄성 리테이너를 포함하는 것이 바람직하며, 여기에서 부싱은 분할 중공 원추체이다. 분할 중공 원추체 부싱 및 나사 링은 보어 원추형 구멍을 갖는 나사를 따라서 자유롭게 이동한다. 나사 링은 원추형 부싱의 축에 대한 고정으로 팽팽해질 때 반경방향 힘의 작용 하에 탄성 리테이너를 가압한다.

일 실시예에서, 무엇보다 변환기(40)의 냉각 시스템에서 기본 요소로 사용되는 변환기 케이스(41)는 공구 본체의 역할도 할 수 있다. 이 경우에, 변환기 케이스(41)는 공구 본체(43)에 대해 중심맞춤되는 것이 바람직하다. 공구 본체(43)와 변환기 케이스(41)는 공구 작업시에 진동-음향적 커플링을 제공하도록 스프링(42)에 의해 연결된다. 스프링의 구조적 치수는, 공구(30)의 일부로서 진동 시스템에 의해 생성되는 피처리 재료에 대한 초음파 충격에 의해 개시되는 피처리 재료의 진동과 공구의 고유 진동 사이에서 다양한 주파수 및 에너지 평형을 갖는 파라미터 및 충격 효율을 제어하기에 충분한 필요 스프링 상수에 따라 미리 선택되는 것이 바람직하다.

스프링(42)의 파라미터는 결합된 회로의 시스템에서의 고유 진동 에너지 평형의 조건, 즉 "톨 질량(toll mass)이 추가된 스프링" 및 "가공물의 등가 질량이 충격점(point of impact)까지 감소된 압자의 등가 탄성" 하에 규정되는 것이 바람직하다. 스프링 파라미터를 선택하기 위한 이러한 해법의 결과로서, 스프링(42)에 대한 현수된(또는 가압된) 톨 질량의 충격 주파수는 충격의 작용 하에서의 가공물의 고유 진동의 주파수와 일치한다. 따라서, 결합된 회로의 시스템에 저장된 탄성 에너지의 최대 사용이 제공되며, 그 결과 충격 효율이 높아지고, 예를 들면 미소경도(microhardness)의 증가, 가공물 표면 조도의 감소, 유도 잔류 압축 응력의 깊이 및 레벨의 증가와 같은 긍정적인 효과가 수반된다.

공구(30)의 전방 핸들(48)은 클램프 나사(46, 47)에 의해 공구 본체(43)에 고정되는 것이 바람직하다. 전방 핸들(48)은 적어도 3자유도를 갖는 것이 바람직하며, 전방 및 측방 위치에 설치될 수 있다. 초음파 충격 처리를 수행하는 조작자는 임의의 적절한 위치에 전방 핸들(48)을 설치할 수 있다. 이는 구체적으로 공구 축에 대해 평행하게, 동축적으로 또는 비스듬하게, 특히 작동시에 공구(30)를 공간에 배치할 필요가 있을 때는 공구 축에 대해 나란하게 배치되는 하나, 둘 또는 그 이상의 압자(31)를 갖는 핀 홀더(34)를 사용하여 높은 품질의 처리를 제공하기 위해서 중요한 것이다.

사이드 핸들(49)은 약 2자유도를 갖는 것이 바람직하며, 사이드 핸들 클램프(38)에 의해 원통형 공구 본체(43)에 장착되는 것이 바람직하다. 사이드 핸들(49)은 공구(30)가 조작자에 의해 피처리면에 대해 소요 각도로 안정적으로 유지 될 수 있게 한다.

공구 조립체(30)는 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.

본 발명의 자왜 변환기(40)는 O-형이 바람직한 자왜 코어(61)를 갖는다. 최적 치수를 갖는 O-형 자왜 코어(61)가 도2a에 도시되어 있다. 최적화 기술은, 최대 여기(excitation) 효율이 얻어지는 코어의 횡방향 치수와 종방향 치수 사이의 특정 관계의 선택에 기초한다. 이 기술은 선택 동안에 일정한 주어진 코어 작동 공진 주파수 및 일정한 단면적에서 코어 종방향 치수와 횡방향 치수를 (선택 중에, 특히 실험에 의해) 동시에 변경시키는 것으로 구성된다. 동등한 공진 주파수를 갖는 여러 코어에 있어서 변환기 입력부에서의 전력에 대한 진폭 의존성이 도2b에 도시되어 있다. 본 발명의 O-형 자왜 코어(61)는 후술하는 치수 비율을 갖는 것이 바람직하다:

O-형 자왜 코어(61)는 진동 시스템의 출력부에서 코어 재료에 대한 최대 한계 진폭을 가지며, 질량과 진동 변위 진폭 사이 또는 질량과 음향 파워 사이에 최소한의 관계를 갖는다. 2x10⁷ 및 그보다 큰 사이클에 기초한 코어 재료의 피로 한도에서 O-형 자왜 코어의 초음파 변위의 최대 한계 진폭은, 코어 적층체의 종방향 치수와 횡방향 치수 사이의 관계를 적층체 폭과 높이 사이의 약 2/9의 비율, 직각 구멍 폭과 그 높이 사이의 약 2/19의 비율, 및 직각 구멍 폭과 적층체 폭 사이의 약 2/5의 비율과 동등한 수치 범위에서 최적화 및 결정함으로써 달성된다. 이들 관계는 기술적 주파수의 모든 범위에서 일정하게 유지된다. 허용가능한 치수 오차는 약 5%인 것이 바람직하다.

자왜 코어는 코어 팁 대각선과 동등한 직경의 원형 리세스 내에서 진동 속도의 콘센트레이터의 단부에 장착될 때 변환기 축에 대해 중심맞춤되며, 여기에서 원형 리세스는 콘센트레이터 축에 대해 동축적이고 수직하다. 대안적으로, 자왜 코어는 코어 팁을 수용하기 위한 형상의 장방형 소켓에 장착됨으로써 중심맞춤된다. 리세스 또는 슬롯의 깊이는 0.1 mm이거나 코어 웨브 높이 미만이어야 한다.

도3a 내지 도3c를 참조하면, 변환기(40)는 진동 속도 전환기로서 작용하고 회전체 형태의 특정 형상을 갖는 콘센트레이터를 포함한다. 그 표면은 제로 칼라(64)를 갖는 원추형 부분(65), 플루트 전이 반경부(66), 및 원통형 부분(67)을 포함한다. 원추형 부분(65)은 저진폭 부분인 것이 바람직하고 원통형 부분(67)은 고진폭 부분인 것이 바람직하다. 원통형 부분(67)의 길이는 변환기(40)의 공진 주파수 파장의 약 1/8 내지 1/5이다. 플루트 전이 반경부(66)의 중심은 원통형 부분(67)과 플루트 전이 반경부(66) 사이의 결합의 시컨트(secant:할선) 평면에 있다. 결합 반경은 원통형 부분(67) 길이의 약 1/2 내지 1/3이다. 콘센트레이터 축에 동축적이면서 수직한 콘센트레이터 뒷면의 리세스 구멍(63)은 자왜 코어 설치를 위해 만들어진 것이다. 이곳에는 브레이징된 코어-콘센트레이터 조인트가 만들어지는 것이 바람직하다. 가공 팁 상의 구멍(68)이 상이한 구성의 기술적 도파관(33)의 신속한 교체를 위해 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 핀 홀더(34)(도시되지 않음)는, 진동 속도 전환기(콘센트레이터)의 제로 칼라를 거쳐서 변환기(40)에 연결되는 브래킷(36)에 직접 클램프(35)에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 고진폭 원통형 부분(67)은 기술적 도파관(33)의 장착시에 변환기(40)를 렌치로 고정시키기 위한 평탄부를 갖는다. 고장력강 및 합금의 처리시의 고진폭의 기계적 변위는 도파관(33)의 가공 팁(70)의 강화를 요구한다.

자왜 코어(61)는 약 0.2 내지 0.25 mm 두께의 적층체, 및 바람직하게는 약 2 mm의 두께를 갖는 티타늄 합금으로 만들어지는 것이 바람직한 모떼기를 갖는 클램프 판(62)을 갖는다. 상기 적층체는 49%의 철, 49%의 코발트, 및 2%의 바나듐을 함유하는 것이 바람직한 자기적으로 소프트한 자왜성 Fe-Co 합금으로 만들어지고, 미리 정한 두께의 밴드 또는 판 형태로 공급되는 것이 바람직하다. 적층체는 긴 측이 롤링 방향을 따르도록 절취된다. 자왜 코어(61)는 코어 권선체 내의 전자기 진동을 코어(61)를 따르는 기계적 진동으로 전환시킨다. 클램프 판(62)은 자왜 변환기(40)를 조립할 때 사용 중인 권선 와이어의 밀봉의 손상을 방지하기 위해 사용된다.

충격의 작용 하에 변환기 케이스(41) 내에서의 자왜 변환기(40)의 확실한 고정은, 일곱개 이상의 나삿니를 갖는 나사 링에 의해 보장되는 바, 상기 나사 링은 나사 링의 팁으로부터 1 내지 2의 나사 피치와 동등한 거리에서 하나의 나사 피치 이상의 폭의 반경방향 슬롯을 갖고 반경방향 슬롯의 일 측의 팁에는 내측 원추형 홈을 갖는다. 고정은 홈의 일 측에서 나사 링에 얹힘으로써 제공되고, 그로인해 일곱개 이상의 나삿니를 갖는 로킹 너트에 의해 로킹이 이루어질 때 추가적인 탄성 을 제공한다.

본 발명의 자왜 변환기(40)에서, "재현성(reproducibility)" 요건은 한편으로는 변환기 특징에 적용되고 다른 한편으로는 피처리면 재료의 특징에 적용된다. 재현가능해야 하는 변환기 특징에는, 비하중 및 하중 조건 하에서의 공진 주파수, Q-팩터, 공진 주파수에서의 진동 진폭, 상기 특징들뿐 아니라, 가변 하중 인가 하에서의 진동 시스템의 상기 특징들의 안정성 및 진동 속도 변환 계수가 포함된다. 재현가능해야 하는 피처리면 재료의 특징에는 UIT에 의해 처리되는 영역에서의 재료의 잔류 응력, 미소경도, 그 분포의 속성 및 깊이, 표면 조도, 충격 강도, 내마모성, 및 기타 물리적-기계적 특성이 포함된다. 원추-원통형 콘센트레이터, 즉 진동 속도 전환기는 최선의 품질의 전형(prototype)을 제공하는 두 가지 형태로서 계단형 콘센트레이터와 원추형 콘센트레이터를 갖는 것이 바람직하다. 도4a 내지 도4c는 진동 속도 전환기(콘센트레이터)를 따른 기계적 변위 진폭의 분포과 순환성 기계적 응력 분포의 다이어그램을 도시한다. 보다 구체적으로, 도4a는 진동 속도의 계단형 전환기에서의 기계적 변위 진폭과 기계적 응력의 분포를 도시한다. 도4b는 진동 속도의 원추형 전환기에서의 기계적 변위 진폭과 기계적 응력의 분포를 도시한다. 도4c는 진동 속도의 원추-원통형 전환기에서의 기계적 변위 진폭 및 기계적 응력의 분포를 도시한다. 도4c에 도시된 원추-원통형 콘센트레이터는 이하의 이점을 갖는다:

도4a에 도시된 계단형 콘센트레이터와 비교할 때:

- 제로 칼라(64)는 최대 기계적 응력에 대해 변위되어, 강도를 증가시키고, 변환기 고정 영역에서 포와송의 변위의 영향을 감소시키며, 이는 그 손실의 감소를 유도하고, 제로 칼라를 따른 변환기 손상이 불가능하다. 진동 시스템은 보다 안정적으로 작동한다.

- 콘센트레이터 구성은 축을 따른 급격한 전이가 전혀 없고; 50㎛보다 큰 진폭에서는 종방향 진동의 제어불가능한 실패 및 작업단의 횡방향 진동으로의 그 변환이 일어나지 않는다.

도4b에 도시된 원추형 콘센트레이터와 비교할 때:

- 기계적 변위의 진폭이 증가된다. 원추형 콘센트레이터는 1.8의 환산계수를 갖는 원추형 콘센트레이터에 대비해 2.6의 환산계수를 갖는다.

원추-원통형 콘센트레이터를 갖는 변환기는 계단형 콘센트레이터보다 높은 에너지 출력을 갖는다. 도5a 내지 도5d의 도면은 진폭-주파수 특징의 측정의 통계적 결과를 도시한다. 구체적으로, 도5a는 도5b에 도시된 계단형 콘센트레이터에 있어서 진폭 기계적 변위 및 주파수의 유효 파워를 도시하며, 도5c는 도5d에도 도시된 원추-원통형 콘센트레이터(CCC)에 있어서 진폭 기계적 변위 및 주파수의 유효 파워를 도시한다. 그 결과, 그 진폭은 무하중(no-load) 하에서 낮고 충격 도중에는 높으며, 따라서 처리 효율이 더 높다.

도6a 내지 도6d는 충격에 의해 작동되는 진동 시스템의 기본 구성요소들의 주파수 특징을 도시한다. 보다 구체적으로, 도6b는 충격 도중의 탄성 k_surf를 갖는 가공물을 도시한다. 탄성 k_surf를 갖는 가공물 부분은 충격 구역으로 감소되는 평균 국소 질량 m_surf를 갖는다. k_surf와 m_surf 사이의 관계로부터의 제곱근은 시스템에서의 제1 진동 모드를 특징짓는다. 가공물의 주파수 스펙트럼이 도6에 도시되어 있으며, 여기에서는 제2, 제3 및 후속 진동 모드가 제1 모드로 분할될 수 있다.

도6d는 스프링 탄성 k_spr를 갖는 초음파 공구를 도시한다. 이 초음파 공구는 유효 질량 m_tool을 갖는다. k_spr과 m_tool사이의 관계로부터의 제곱근 역시 시스템 "공구-스프링"의 제1 진동 모드를 특징짓는다. 이 시스템의 주파수 스펙트럼이 도6c의 그래프에 도시되어 있으며, 여기에서는 제2, 제3 및 후속 진동 모드가 제1 모드로 분할될 수 있다. 따라서, 스프링 파라미터는 하기 방정식을 만족하도록 규정되며:

여기에서 N_surf 및 N_tool은 각각 피처리면과 공구의 진동 모드의 시퀀스 번호이다.

도7a 내지 도7f는 최대 처리 효율을 제공하기 위해 결정된 본 발명의 압자(31) 길이를 도시한다. 스코프1은 피처리면 하의 압전 적층체로부터의 신호이고 스코프2는 접촉 센서로부터의 신호이다. "스코프1" 신호의 레벨 및 지속시간은 가공물에 도입되는 소성 변형에 직접 비례한다. "스코프2" 신호는 충격 영향을 확증 한다. 처리의 효율은 단위 시간당 만입 치수로 표현되는 표면 소성 변형으로 수치화된다. 다이어그램(도7a 내지 도7e)과 표(도7f)에서 주어지는 데이터는 공구의 일부로서의 변환기의 공진 주파수에서의 파장의 1/12 이상 1/4 이하의 길이를 갖는 압자(31)에 의해 달성될 최대 처리 효율을 나타낸다.

도8a는 도파관(33)에 대한 압자(31)의 가압 시스템을 도시한다. 도파관(33)은 기계적 변위의 최소 진폭 영역 내에 제로 칼라(64a)를 갖는 바, 이는 스프링(42a)에 대한 정지부이다. 공진 반파장(half-wave) 브래킷(80)은, 제로 칼라(64a) 상에 얹히고 브래킷(80)의 내측 드러스트 플랜지로서 작용하는 로크 너트(90)를 갖는 내측 링 너트(88)에 얹히는 스프링(42a)을 통해서 압자(31)를 도파관(33)의 팁에 대해 가압한다. 브래킷 공진 치수는, 도파관(33)에 동기적인 가능한 진동을 제공한다. 압자(31)는 도파관(33)과 공진 브래킷(80) 사이에 가압되며, 구체적인 공정 작업에 따라 도8b 내지 도8d에 각각 도시하듯이 구형(31'), 원추형(31") 또는 봉형(31"')을 포함하는 다양한 형상일 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 도파관(33)에 대한 압자(31) 인장 레벨은 너트(88)와 로크 너트(90)에 의해 보장된다. 가압 정도는 충격값 및 지속시간과 더불어 등가 질량값을 결정한다. 이러한 시스템은 압자(31)와 도파관(33) 사이에 제어된 음향 결합을 제공하며, 반발이 수반되는 초음파 충격 처리와는 별개로 공구 반발이 없이 표면의 초음파 처리에 의한 접촉을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 압자(31)는 진동 속도 콘센트레이터의 축을 따라서 자유 이동할 수 있도록 제공되고 진동 시스템 주파수에서 공진 브래킷과 함께 콘센트레이터의 출력 팁에 부착되며 로크 너트에 의한 고 정 시에 너트의 제어된 힘에 의해 가압되는 스프링을 통해서 콘센트레이터의 제로 칼라에 부착되는 적어도 하나의 원통형, 원추형 또는 구형 압자를 구비하는 것이 바람직하다. 너트 및 로크 너트는 그 변위의 파복(波腹:antinode) 내에서 공진 브래킷의 내측 나삿니에 끼워지는 것이 바람직하다.

본 발명의 압자(31)는 개선된 형상을 갖는다. 압자(31)의 가공 팁은 쐐기 형상인 것이 바람직하며, 두 개의 반경, 즉 작은 반경(R1)과 큰 반경(R2)을 갖는 것이 바람직하다. 도9a 및 도9b에 도시하듯이, 반경(R2)은 10 mm 이상에서 가변적일 수 있으며, 처리시에 소요 조도를 제공하는 것이 바람직하다. 조도는 100마이크로인치(2.54㎛) 이하인 것이 바람직하다. 반경(R1)은 0.5 mm 이상에서 가변적일 수 있으며, 홈과 모재(parent metal) 사이에 소요 품질의 경계면을 제공하는 것이 바람직하다. 작은 반경(R1)은 또한 특정 경계면 반경의 홈을 제공한다. 이 압자 형상은 특정한 표면 조도와, 미소경도, 및 유도 압축 응력의 크기와 깊이를 갖는 가열-영향 구역에서 홈의 유효 초음파 처리를 가능하게 한다. 압자(31)는 응력 콘센트레이터에 의해 영향받는 구역에서 피처리 재료의 파손 위험을 초래하는 외력의 사용중 작용을 보상하기에 충분한 초음파 충격 개시된 잔류 응력의 레벨 및 분포를 달성하는 것이 바람직하다. 국소적이고 재발하는 충격 접촉 영역에서의 높은 에너지 밀도와 핀 홀더에서의 핀 수의 증가는 단일-반경의 압자 등을 사용할 때 진동 시스템 작동의 안정성을 저해하지 않는다.

자왜 코어(61)의 전기-음향적 특징의 안정화 및 자왜 계수의 증가는, 퀴리점(Curie point)를 양 방향으로 통과하기에 적절한 온도에서 자왜 코어를 따르는 자기 도메인의 편광을 제한하기에 적합한 자기력에서 코어의 긴 측에 수직한 적층 평면에 영향을 미치는 자기장에 의해 자왜 코어를 진공 중에서, 불활성 가스 중에서 또는 그 조합 속에서 어닐링함으로써 얻어진다. 바람직한 자기력은 약 1000 A/m이다. 어닐링 과정은 10^-3Pa 이하의 잔류 압력을 갖는 아르곤 또는 진공 환경에서 850℃까지 가열하는 단계, 5시간 동안 침지시키는 단계, 및 100℃/hr의 속도로 400℃로 냉각하는 단계를 포함한다. 자기장은 냉각이 시작되기 약 한 시간 전에 인가되는 것이 바람직하다. 자기 유도 벡터는 코어 적층 길이에 수직하고 코어 적층 평면에 평행한 것이 바람직하다. 도10은 자기장이 있는 상태 및 자기장이 없는 상태에서 어닐링된 코어의 자왜 계수 측정의 평균 통계 결과를 도시한다. 평균 통계치로부터의 자왜 계수 변위는 자기장이 있는 상태에서의 어닐링으로 인해 약 5% 감소된다. 대조적으로, 자기장이 없는 상태의 종래의 어닐링 기술은 코어의 자왜 파라미터를 상이한 배치(batch)로부터 15%까지 산포시킨다.

변환기의 자왜 코어는, 브레이징 이후 5% 이하의 배치에서 작업 공정 및 진동 시스템의 산포 시에 퍼멘듈(permendure)이 브레이징 합금에 의해 웨브 높이의 약 0.1 mm 이하의 높이로 습윤되게 하는 플럭스로서 작용하는 미세하게 분산된 티타늄 분말과 약 0.1 mm 두께의 은함유 또는 임의의 기타 스트랩 브레이징 합금을 사용하여 17℃/min의 단기 가열 및 냉각에 의해 10^-4 Pa까지의 진공 상태에서 콘센트레이터(진동 속도 전환기)에 브레이징된다. 브레이징 공정은 장기간의 가열 및 침지를 수반하는 것이 바람직하며, 그 결과 브레이징 합금이 적층체에 보다 높이 침투할 수 있게 된다. 따라서, 브레이징 합금의 침투 높이가 변경될 수 있다. 이 환경은 코어의 전기-음향적 특징에 역효과를 미친다. 뿐만 아니라, 장기간의 가열은 코어 자왜 파라미터의 분산을 증가시키고 자왜 계수를 감소시킨다. 전술한 특징 외에, 본 발명은 티타늄 분말과 더불어 브레이징 합금 침투의 높이의 표준화를 가능하게 만드는 단기 가열에 의해 구별지어진다. 결정된 브레이징 시간은 브레이징 재료 침투 또는 조인트 자체의 높이를 정확히 표준화할 수 있으며, 더 중요한 것은 코어 자왜 특징의 분산을 최소화할 수 있다.

자왜 코어(61)를 콘센트레이터 단부에 장착하기 위한 리세스 구멍(92)의 형상은 변경될 수 있다. 코어 대각선과 동일한 직경을 따르는 홈 형태로 만들어지거나 또는 도11a 및 도11b에 도시된 코어 팁 형태의 코어 소켓으로서 만들어지는 리세스 구멍(92) 내의 코어(61)의 위치결정은 브레이징 이후의 기계가공을 없애준다.

도12a 내지 도12e는 도파관(33)의 다양한 구조를 도시하는 바, 이하의 것에 한정되는 것은 아니지만 상기 다양한 구조에는, 정상 표면의 처리 등을 위한 직선 팁(도12a), 용접되는 금속 시트들 사이의 작은 각도의 열-영향 홈의 처리 등을 위한 짧은 측면에서 경사진 팁(도12b), 내부 직각의 처리 등을 위한 긴 측면에서 경사진 팁(도12c), 우측 내부 예각의 처리 등을 위한 좌측 방향의 긴 측면과 짧은 측면에서 경사진 팁(도12d), 및 좌측 내부 예각의 처리 등을 위한 우측 방향의 긴 측면과 짧은 측면에서 경사진 팁(도12e)이 포함된다. 상이한 구조를 갖는 기술적 도파관(33)은 동일한 진폭의 가공 팁의 기계적 변위를 제공한다. 충격 하의 파손에 대한 도파관 가공 팁 저항의 증가는, 산화 티타늄에 의한 약 2 mm 내지 6 mm의 높 이로의 아르곤-아크 하드페이싱(hardfacing) 및 후속되는 강화에 의해 얻어지는 것이 바람직하다.

다른 실시예에서, 본 발명의 도파관(33)은 곡선형일 수도 있다. 도13은 접근하기 어려운 영역 및 좁은 스폿을 처리하기 위한 곡선형 도파관(33')을 도시한다. 곡선형 도파관(33')은 도파관 본체를 형성하는 분포 질량의 중심에 수직한 섹션에서 동등한 위상의 표면 회전을 갖는 것이 바람직하다. 이 회전은 30°이하인 것이 바람직하다. 곡선형 도파관(33')은 저진폭 부분(101)과 고진폭 부분(102, 103)을 포함한다. 곡선형 도파관(33')의 이들 부분은 축방향 단면에서 임의의 형상을 가질 수 있다. 저진폭 부분(101)은 직선형인 것이 바람직하고, 고진폭 부분(102)을 경유하여 곡선형인 것이 바람직한 고진폭 부분(103)으로 매끄럽게 진행한다. 고진폭 부분(103)은 그 축과 이를 제한하는 반경(R')에 의해 형성되는 원의 섹터의 각도가 30°이하이도록 도파관 축을 따르는 길이를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 임의의 특정 방향에서 도파관 경사 팁에서의 초음파 변위의 균일한 분포가 30°까지의 음각(negative angle)에서 얻어진다. 이 실시예에서, 초음파 진동은 횡단 진동 개시에 대한 높은 저항으로 도파관 축을 따라서 확산된다.

도14를 참조하면, 키(110)는 변환기 케이스(41)의 키 슬롯에 용접되거나 타이트하게 고정되는 것이 바람직하다. 도1 및 도3a에도 도시된 변환기(40)의 제로 칼라(64)는 키(110)를 위한 슬롯을 갖는다. 이 슬롯은 또한 브래킷(36)에도 형성된다. 따라서, 진동 시스템은 변환기 케이스(41)에 대해 안전하게 배향되고, 공구 작업시에 진동 시스템이 변환기 케이스(41) 내에서 자발적으로 회전하는 것이 방지 된다. 변환기 케이스(41)의 회전이 방지되고, 공구 본체에 대한 그 축방향 이동은 변환기 케이스(41)에 장착되는 특수 로크 나사(139)의 사용에 의해서 또는 인간공학적으로 설정된 각도로 장착된 출력 조립체(50)의 사용에 의해서, 예를 들면 출력 조립체(50)를 변환기 케이스(41)에 단단히 부착된 부싱(45) 내로 나사결합함으로써 제한된다. 따라서, 특수한 경우에, 공구 본체(43)에 대한, 변환기 및 진동 시스템의 전체적인 각도 고정 위치는, 변환기(40)의 제로 칼라(64)를 따르는 변환기 케이스(41) 내의 가이드 키(110)에 의해서 그리고 로크 나사(139) 및/또는 출력 조립체(50)에 의해서 달성된다. 이러한 공학적 해결책은 장시간의 조성된 표면의 처리시에 다수-단위 세트의 압자(31)에 의해 공구(30)의 안정적인 작동을 보장한다.

도14는 또한 제로 칼라(64) 위의 밀봉 조립체(39)를 도시한다. 밀봉 조립체(39)는 고무 또는 탄성중합체 링(114), 및 조립된 상태에서 그들 사이의 축방향 평면에 대해 반사 대칭적인 두 개의 세미-링으로 구성되는 분할 칼라(116)를 포함한다. 분할 로크 와셔(115)는 세미-링을 조립된 상태로 유지하며, 변환기(40)의 저진폭 부분에 대해 자유롭게 이동한다. 통과하기 전에, 고무 또는 탄성중합체 링(114)은 일체의 조임이나 초기 변형이 없이 제로 칼라와 분할 칼라(116) 사이의 소켓에 자유롭게 배치된다. 이는 (1) 고무 또는 탄성중합체 링(114)의 자유 장착, (2) 가압될 때의 자유롭고 균일하게 분포된 변형, (3) 가압에 의한 갭의 확실한 충진, 및 (4) 필요할 경우 예를 들면 공구의 정비나 보수를 위한 그 제거 시에 고무 링(114)의 변형 및 힘 인가 없이 가압 해제 이후의 자유로운 분해를 보장해준다. 고무 또는 탄성중합체 링(114)의 단면적은 분할 칼라(116)와 제로 칼라(플랜지 )(64)에 의해 형성되는 소켓의 단면적과 동일한 것이 바람직하다. 고무 또는 탄성중합체 링(114)은 분할 칼라(116) 에지의 약 1-2 mm 위에 현수되는 것이 바람직하다. 따라서, 자왜 변환기(40)의 진동 속도의 콘센트레이터의 제로 칼라(64)에 대한 고무 또는 탄성중합체 링(114)의 타이트한(그러나 과도변형은 없는) 가압은, 고무 링(114)의 최소한의 변형, 및 누설될 수도 있는 전체 갭의 균일한 충진에 의해 이루어진다. 이것이 이 중요한 조인트가 확실히 밀봉되는 방법이다.

도14는 또한 공구에 대한 초음파 진동, 충격 및 진동의 작용 하에 고신뢰성의 정지기능을 갖는 나사-조인트를 도시한다. 메인 너트(113)는 메인 너트(113)의 본체 내에서 탄성 링 내에 형성되는 홈을 갖는다. 탄성 링 팁은 원추형 리세스 구멍을 갖는 것이 바람직하다. 메인 너트(113)는 조여진 후에 로킹 너트(112)에 의해 로크되는 것이 바람직하다. 로킹 너트(112)는 메인 너트(113)의 원추형 팁 상에 가압되며, 따라서 그 탄성 링을 통한 메인 너트(113)의 정지를 보장한다.

도15는 와이어 입출력부 근방에서의 변환기 케이스(41)의 후방 팁을 도시한다. 변환기 케이스(41)는 와이어(120)용 구멍을 갖는 것이 바람직하다. 이 구멍의 상측 부분은 확대되는 것이 바람직하며, 그 안에서 비틀리는 너트(123)를 갖는다. 너트(123)는 축방향 원추형 관통 구멍을 갖는 것이 바람직하다. 너트(123)는 탄성 리테이너(121)를 보유하는 원추형 슬롯 와셔(124)에 얹힌다. 탄성 리테이너(121)는 원추형 슬롯 와셔(124)에 타이트하게 고정된다. 조임시에, 너트(123)는 원추형 슬롯 와셔(124)를 가압하며, 이 와셔는 탄성 리테이너(121)를 반경 방향으로 가압하고, 그로인해 밀봉 축을 따라서 밀봉 파괴에 사용되는 변형 마찰력을 생성하지 않으면서 타이트한 접합 및 양호한 밀봉을 제공한다.

도16은 자왜 변환기(40)의 냉각 조립체(130)를 도시한다. 이 냉각 조립체(130)는 튜브(131), 니플(nipple)(133) 및 탄성 리테이너(132)를 포함한다. 튜브(131)는 니플(133)의 내부 구멍에 타이트하게 고정 또는 브레이징되거나, 또는 그와 일체로 만들어진다. 튜브(131)와, 튜브 형태인 것이 바람직한 니플(133)은 탄성 리테이너(132)에 의해 변환기 케이스(41)에 대해 가압된다. 니플(133)은 변환기 케이스(41) 내에서 변환기 케이스(41)의 내벽과 자왜 코어 사이에 위치한다. 리테이너(132)는 튜브(131)와 변환기 케이스(41) 사이에 방습 밀봉을 보장한다. 튜브(131)는 자왜 코어(61)를 지나서 연장되지만, 콘센트레이터 팁에 얹히지 않는다. 니플 출구(134)는 설치될 때 변환기 케이스(41)의 단부를 지나서 내측으로 연장되지 않는다. 냉각 액체는 자왜 코어 냉각을 제공하는 튜브(131)를 통해서 도달한다. 보다 구체적으로, 자왜 변환기(40)의 냉각 조립체(130)는 예를 들어 탄성 리테이너(132)와 같은 탄성 시일; 변환기 케이스(41)에서 자왜 코어(61)와 변환기 케이스(41)의 내벽 사이에 삽입되는 튜브(131)를 갖는 입구 니플(133)로서, 튜브(131)의 길이가 자왜 변환기의 자왜 코어(61)를 지나서 연장되는 입구 니플(133); 및 설치될 때 변환기 케이스(41)의 단부를 지나서 내측으로 연장되지 않는 출구 니플(134)을 포함한다.

도17a 및 도17b는 도1에도 도시된 핀 홀더(34)에 고정되는 압자(31)의 조립을 도시한다. 슬롯(136)이 핀 홀더(34)의 헤드 내에 절취 형성되는 것이 바람직하다. 상기 슬롯(136)에는 압자(31)용 구멍을 갖는 열탄성 리테이너 판(32)이 장착 되는 것이 바람직하다. 구멍의 직경은 압자(31)의 직경보다 약 0.5 내지 1 mm 작은 범위인 것이 바람직하고 0.8 내지 1.0 mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 압자(31)는 열탄성 리테이너 판(32)내 구멍의 탄성 조임에 의해 안내 채널에 확실히 장착된다. 구체적으로, 리테이너 판은 그 평면에 수직한 슬롯을 통과하는 적어도 하나의 압자를 갖는 핀 홀더(34)의 작동 부분에서 약 0.8 내지 1.5 mm 폭의 횡단 슬롯에 삽입된다.

본 발명의 추가 실시예는, 제한된 공간에서 사용될 수 있고 그리고/또는 공구의 변환기를 냉각시키기 위해 물을 사용하는 것이 불가능한 경우에 사용될 수 있는 UIT 공구를 포함한다. 바람직한 실시예는 임계적인 동적 및 준정적(quasistatic) 하중 하에서 자왜 코어와 콘센트레이터 사이에 확실한 접합을 제공하는 자왜 코어용 조립 및 브레이징 기술을 포함한다. 이 기술은 브레이징을 위한 조립의 품질 및 일관성과, 브레이징된 조인트의 총면적 증가와, 상승된 온도 하에서 그리고 냉각 이후의 자기장에서의 도메인의 편광 및 그 구조의 안정화로 인해 구별된다.

공구의 바람직한 실시예는 임계적인 동적 및 준정적 하중 하에서 진동 속도를 집중시키는 수단을 제공한다. 이러한 조건의 "임계성"은 피처리 재료의 특징을 제한하는 레벨에서의 잔류 응력의 크기 및 피처리 영역의 공간 배향에 의해 규정된다. 상기 집중 수단은 동시에 이러한 응력을 생성하도록 의도된 도파관이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 접근하기 어려운 영역 및 제한된 공간에서의 초음파 충격 처리를 위한 공구이다. 이 실시예의 공구의 차별적 특징은, 기 술적 도파관의 출력부에서의 진동 속도 벡터가 변환기 축에 대해 상대적으로 적어도 90°회전할 수 있다는 점이다. 이 공구는 또한 공구 본체에 대한 진동 및 충격으로부터 음향적인 디커플링을 보장하기 위한 서스펜션을 가질 수도 있다. 그 차별적 특징에는 양 방향(변환기 축을 따르는 방향 및 수직한 방향)의 진동에 의해 개시되는 진동의 보상 가능성, 반송 주파수에서 초음파 변환기의 공진 진동에 의해 개시되는 초음파 충격의 주파수에서의 동기 여기에 대한 높은 감응성, 뿐 아니라 사용 조건에 적합한 인간공학적 설치, 간단한 조립/분해, 및 공구 본체의 내부 구조가 포함된다.

공구의 다른 실시예는 자왜 변환기의 공기 냉각을 포함한다. 그 차별적 특징은 현장 조건에서의 축방향 팬의 사용, 고정 제작 조건 하에서 압축 공기(압축)의 사용, 및 자왜 코어 판을 전기 절연시키고 자왜 코어의 음향적 강성을 향상시키기 위한 내열 접착성 함침 화합물의 사용을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 공구는 브레이징 영역과 자왜 코어 단부에서 캐비테이션(cavitation) 손상으로부터 보호된다. 차별적 특징에는 캐비테이션 영역을 진동 시스템에 중요한 영역으로부터 이동시키는 효과, 경계 효과로 인한 캐비테이션의 부분적 억제, 및 냉각 매체의 개선된 상대적 캐비테이션 저항의 사용을 각각 포함한다.

일 실시예에서는 핀 홀더의 수명을 연장하고, 보수가 필요할 때 그 제조 비용을 절감하며, 장기간의 현장 및 정지 조건에서의 공구 작동을 촉진시키기 위해 바람직하게는 교체가능한 가이드 삽입체가 핀 홀더에 삽입될 수 있다.

다양한 실시예 및 그 태양이 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.

도18의 (a) 및 도18의 (b)는 브레이징된 자왜 코어(61)를 갖는 변환기(40)를 도시한다. 자왜 코어(61)에서, 판(160)들의 단부는 브레이징된 조인트에서의 접촉 면적을 증대시키기 위해 그들 사이에 약 0.05 mm 내지 0.5 mm 범위의 변위를 갖도록 규칙적으로 엇갈려 배치된다. 이 공학적 해결책은 전체 변환기에 대해 긴 수명과 브레이징된 조인트의 고강도 특징을 제공한다.

도19a 및 도19b는 용융 브레이징 합금의 과잉 설계 용적을 유지하고 브레이징된 조인트에 필렛(fillet)을 형성하며 브레이징시에 브레이징 합금이 콘센트레이터의 측면 상으로 유입되지 못하게 하기 위해 라운드형 리세스(92)를 갖는 본 발명의 자왜 변환기(40)의 콘센트레이터를 도시한다.

도20은 자기장 중에서의 브레이징 공정을 도시한다. 조립 지그(141)에 장착된 변환기(40)는 약 820℃ 내지 약 850℃의 브레이징 온도에서 진공 노(140) 내에 위치한다. 변환기 특징을 안정화하고, 배치(batch) 내에서 높은 자왜 계수와 변환기 특징의 최소 산포를 얻기 위해, 브레이징 영역에 그리고 자왜 코어(61) 내에 일정한 자기장을 생성하는 자기 시스템(142)이 사용된다. 본 발명의 일정한 자기장은 자왜 코어 판의 평면을 따라서 그리고 자왜 코어(61)의 긴 측에 수직하게 배향된다. 자기장은 퀴리점을 양 방향으로 가로지르는 온도에서뿐 아니라 퍼멘듈의 조건 및 조성에 따라 대략 400℃인 코어 재료의 도메인 구조가 형성되는 온도 범위 내에서 자왜 코어(61)의 냉각시에 자왜 코어(61)를 따라서 자기 도메인의 최대 편광을 제공하기에 충분한 강도를 갖는다. 도20에서, "N"은 북쪽을 나타내고 "S"는 남쪽을 나타낸다.

도21 및 도22는 내부에 변환기(40)가 장착된 자왜 변환기 조립 및 브레이징용 조립 지그를 도시한다. 지그는 내열 스틸로 제조되는 것이 바람직한 지그 케이스(143), 변환기 콘센트레이터를 중심맞춤하기 위한 소켓을 구비한 티타늄 링(144), 및 상기 지그 케이스(143) 내부에서 축방향으로 이동하는 로드(145)를 포함하고, 변환기 브레이징시에 콘센트레이터에 대하여 자왜 코어(61)에 표준화된 압력을 제공한다.

다른 실시예에서, 본 발명의 도파관(33)은 원추-원통형일 수 있다. 도23은 변환기(40)에 부착된 원추-원통형 기술적 도파관(33a)을 도시한다. 변환기(40)에 부착된 원추-원통형 도파관(33a)의 단부의 직경은 원추-원통형 도파관(33a)에 부착된 변환기 팁의 직경보다 크다. 이러한 도파관 구조는 전체 진동 시스템의 성능을 보다 안정적으로 만들며, 진동 시스템의 출력단에서 기계적 변위의 진폭을 증가시킨다. 따라서, 원추-원통형 도파관(33a)의 특히 그 저진폭부에서의 추가 질량은, 도파관 사용 조건에 의해 초래되는 동적 및 준정적 힘을 제한함으로써 원추-원통형 도파관(33a)에 가해지는 효과를 감안하여 최적화된다. 원추-원통형 도파관(33a)은 부착 지점(A1)에서 변환기(40)에 부착된다. 압자(31)(도시되지 않음)는 동적 접촉 지점(A2)에서 원추-원통형 도파관(33a)과 작동 접촉/음향적-동적 결합 관계에 있다.

도24는 특정 진동 속도의 초음파 진동을 변환기(40)로부터 기술적 도파관(33)으로 전송하도록 설계된 연장 공진 도파관(146)을 도시한다. 연장 공진 도 파관(146)은 예를 들어 나사 기구에 의해 변환기(40) 및 도파관(33)에 부착되는 것이 바람직하다. 연장 공진 도파관(146)은 공진 시스템을 튜닝하는데 필요한 라운드형과 같은 임의의 형상을 가질 수 있으며, 변환기의 반송 주파수에서 반파장 길이의 수배의 길이를 가질 수 있다. 도24에서, 연장 공진 도파관(146)의 길이는 파장λ이다. 연장 공진 도파관(146)은 좁은 공간, 접근하기 어려운 영역 및/또는 원격 영역에서 임의의 구성의 표면을 처리할 수 있다.

다른 실시예에서, 본 발명의 도파관(33)은 곡선형 도파관일 수 있다. 도25는 접근하기 어려운 영역, 원격 영역 및/또는 좁은 스폿에서의 처리를 위한 곡선형 기술적 도파관(33")의 일 예를 도시한다. 곡선형 도파관(33")은 도파관 본체를 형성하는 분포된 질량의 중심선에 수직한 단면에서 동등 위상의 표면 섹션에 의해 형성되며, 상기 중심선은 설계상의 이유로 미리정해지거나 계산된다. 실험 데이터에 기초하여, 곡선형 도파관(33")의 회전 각도는 120°까지일 수 있다. 곡선형 도파관(33")은 특히 그 축에 수직한 방향으로 장방형 단면을 갖는다. 곡선형 도파관(33")에서의 정지 응력파의 표준화된 전파는 도파관 작업단의 평면(W)이 120°까지의 각도에 걸쳐서 회전할 때 얻어진다. 이 실시예에서, 곡선형 도파관(33") 내의 정상 응력파는 곡선형 도파관(33")에서 횡단 진동의 개시에 대해 높은 저항을 갖는 (동등한 위상 및 일차 응력의 평면에 대해) 수직한 고안정 진동을 유지할 것이다.

도26은 공구 본체(43') 내의 변환기 케이스(41)의 독립 서스펜션의 상세를 도시한다. 내부에 변환기(40)를 갖는 변환기 케이스(41)는 바람직하게는 공구 본 체(43')를 따라서 이동가능한 피봇 조인트에 의해 공구 본체(43')에 장착되며, 변환기(40), 변환기 케이스(41), 곡선형 도파관(33"), 압자(31), 및 피처리 재료를 포함하는 진동 시스템이 변환기 여기 펄스의 주파수와 동기화될 수 있는 고유 주파수에서의 작동시에 진동하도록 피봇 조인트 내에서의 변환기 케이스의 회전 방향으로 바람직하게는 평판 스프링(147)에 의해 공구 본체(43')와 연결된다. 작동시에, 조작자는 피처리면 위치에 따라 두 측부로부터 배치될 수 있는 전방 핸들(48) 및 사이드 핸들(49)에 의해 공구 본체(43')를 홀드한다. 적어도 하나의 압자(31)는 편심 클램프(157)에 의해 지지체 핀 홀더 브래킷(36')에 부착되는 곡선형 핀 홀더(34')의 안내 구멍 내에 곡선형 도파관(33")의 팁과 수직하게 장착된다.

도27은 공구 본체(43') 내의 변환기 케이스(41)의 독립 서스펜션 및 조정 지지체의 상세의 제2 실시예를 도시한다. 내부에 변환기(40)를 갖는 변환기 케이스(41)는 바람직하게는 피봇 조인트에 의해 공구 본체(43')에 장착되며, 변환기(40), 변환기 케이스(41), 곡선형 도파관(33"), 적어도 하나의 압자(31), 및 피처리 재료를 포함하는 진동 시스템이 변환기 여기 펄스의 주파수와 동기화될 수 있는 고유 주파수에서의 작동시에 진동하도록 피봇 조인트 내에서의 변환기 케이스의 회전 방향으로 바람직하게는 평판 스프링(147)에 의해 공구 본체(43')와 연결된다. 공구 본체(43')는, 지지체(148)의 높이 조절을 통해서 처리시에 공구 본체(43')를 위치결정시켜, 공구 본체(43')를 지지체(148)를 따라서 이동시키고 공구를 피봇 조인트에 의해 경사시키는 조절 지지체(148) 상에 장착된다.

도28은 공구 본체(43) 내의 변환기 케이스(41)의 독립 서스펜션의 상세의 제 3 실시예를 도시한다. 내부에 변환기(40)가 설치된 변환기 케이스(41)는 변환기(40), 변환기 케이스(41), 도파관(33), 압자(31), 및 피처리 재료를 포함하는 진동 시스템이 변환기 여기 펄스의 주파수와 동기화될 수 있는 고유 주파수에서의 작동시에 진동하도록 변환기 케이스(41)의 전후 부분에 설치되는 두 개의 스프링(42, 42')에 의해 변환기 축의 방향으로 두 측부에서 공구 본체(43)와 축방향으로 연결된다.

도29는 변환기 케이스(41)를 공구 본체(43)와 축방향으로 연결하는 신속-교체 스프링을 갖는 공구 부분의 일 실시예를 도시한다. 변환기 케이스(41) 및 이것에 단단히 부착되는 부싱(45)은 부싱(45)의 단부와 전방 핸들(48)을 갖는 공구 본체(43)의 내측 단부면 사이에 배치되는 스프링(42")에 의해 공구 본체(43)와 축방향으로 연결된다. 따라서, 스프링(42")은 공구 조립 또는 스프링 교체시에 신속히 접근되고 스프링(42"), 공구 본체(43) 및 변환기 케이스(41) 사이의 마찰이 제거됨으로써 전체 공구의 신뢰성이 향상된다.

도30a 및 도30b는 자왜 변환기(40)의 공기 냉각을 구비하는 초음파 충격 공구를 도시한다. 자왜 변환기(40)는 예를 들어 도30a에 도시하듯이 공구 본체(43)의 후방 단부에서 튜브(149)를 통한 공기 유동에 의해 냉각된다. 튜브(149)는 가요성 호스를 통해서 압축기, 실린더 또는 압축 공기 라인에 연결된다. 다른 실시예에서, 변환기(40)는 예를 들어 도30b에 도시하듯이 공구 본체(43)에 내장된 축방향 또는 원심형 팬(150)에 의해 공기 냉각될 수 있다. 양 실시예에서, 공기 유동은 전체 진동 시스템을 따라서 공구 본체(43) 및 변환기 케이스(41)를 통과하고 진 동 시스템을 냉각시킨다.

도31은 물 및 공기 환경에서 작동하는 변환기의 가열 속도뿐 아니라 변환기 코어 함침을 위해 사용되는 고온 폴리머의 가열 속도의 다이어그램을 도시한다. 일 실시예에서는, 자왜 변환기(40)를 함침시키기 위한 액체 폴리머로서 오르가노실리콘 폴리머가 사용된다. 중합 이후 폴리머의 작동 온도는 적어도 200℃이고, 그 유효 범위는 예를 들어 도31에 도시하듯이 예를 들어 Co49V2로 제조된 자왜 변환기 코어의 임계 가열 속도의 곡선보다 위에 놓인다.

도32a 및 도32b는 브레이징된 조인트 상에 장착되어, 캐비테이션의 형성 및 발전뿐 아니라 브레이징된 접합면의 캐비테이션 손상을 방지하여 전체 변환기의 수명을 연장시키는 캐비테이션 부식 방지 수단을 갖는 변환기(40)를 도시한다. 도32a에서 변환기 콘센트레이터는 라운드형 리세스를 가지며, 도32b에서 변환기 콘센트레이터는 슬롯을 갖는다. 캐비테이션 부식에 대해 방지하는 보호 수단을 갖는 브레이징된 조인트는 세라믹 충진재(153), 플루오로플라스틱 판(152), 및 수축 튜브(151)를 갖는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 세라믹 충진재(153)를 갖는 화합물은 액체 상태로 브레이징 조인트에 도포되며, 자왜 코어(61)와의 브레이징 영역에 있는 콘센트레이터 단부에 만들어진 라운드형 리세스를 충진한다. 플루오로플라스틱 판(152)은 브레이징 영역에서 콘센트레이터 단부와 동일한 직경을 갖고 두께가 약 2 내지 4 mm인 것이 바람직하다. 플루오로플라스틱 판(152)은 화합물(153)의 중합 이전에 콘센트레이터 단부에 장착된다. 수축 튜브(151)는 브레이징된 조인트 상에 장착되며, 자왜 코어(61)의 콘센트레이터 단부, 브레이징된 조인 트, 플루오로플라스틱 판, 및 하단부에 대한 연속적인 열 수축을 보장한다.

도33은 코어 단부를 캐비테이션 부식으로부터 보호하기 위한 수단을 갖는 변환기를 도시한다. 캐비테이션 부식 방지 수단은 자왜 코어(61)의 자유단에 장착되며, 캐비테이션의 형성 및 발전뿐 아니라 표면의 손상을 방지하여 전체 변환기(40)의 수명을 연장하는 경계 조건을 코어(61)의 단부면에 생성한다. 자왜 변환기 코어 단부의 보호 수단은 캐비테이션 부식으로부터 보호하며, 자왜 코어(61)의 단부의 크기에 대응하는 길이 및 폭을 갖는 약 2 내지 4 mm 두께의 플루오로플라스틱 판(155), 및 변환기 코어(61)의 단부에 장착되는 수축 튜브(154)를 포함한다. 수축 튜브(154) 및 변환기 코어(61)의 단부는 수축 튜브(154)의 열 수축에 의해서 또한 플루오로플라스틱 판(155)을 변환기 코어(61)의 단부에 고정시킴으로써 함께 연결된다.

도34a 및 도34b는 핀 홀더(34)를 도시하는 바 그 헤드 단부에는 교체가능한 삽입체일 수 있는 삽입체(156)가 배치된다. 교체가능한 삽입체(156)는 경질의 또는 마찰방지적인 금속 또는 비금속 재료로 제조되며, 적어도 하나의 압자(31)를 위한 적어도 하나의 안내 구멍을 갖는다. 삽입체(156)는 삽입체(156)의 측면과 그것에 의해 배출되는 탄성력 하에 그립을 튕기는 핀 홀더의 표면 사이의 마찰력에 의해 핀 홀더(34)에 보유된다. 핀 홀더(34)에는 전술했듯이 열가소성 리테이너 판(32)도 배치될 수 있다. 교체가능한 삽입체(156)는 매우 단단한 내마모성 금속 및 비금속 재료의 사용을 통해서 핀 홀더(34)의 수명을 연장시키고 핀 홀더 제조 비용을 절감한다.

본 발명은 산화 티타늄에 의한 하드페이싱(템퍼링을 동반)을 통해 도파관 팁(70)을 2단계에 걸쳐 강화하고, 초음파 충격 처리와 그 후속 가공에 의해 강화하는 기술을 포함한다. 산화 티타늄 하드페이싱의 높이는 과열에 의한 하드페이싱 영역에서의 도파관 티타늄 합금의 구조 변경을 방지하고 일정한 음향 특성을 제공하기 위해 6 mm 이하인 것이 바람직하다. 하드페이싱된 팁의 초음파 충격 강화는 추가적인 하드페이싱 수정을 제공하고, 양호한 압축 응력을 하드페이싱에 1.5 mm 이상의 깊이로 도입한다. 초음파 변위 및 개시된 충격의 한계 진폭에서 약 200 내지 250 N의 축방향 하중에서의 실험실 테스트는 9 mm까지의 직경의 압자를 사용하여 100시간 이상의 연속 작업에 대한 작동 팁 내구성을 보여주었다. 이는 종래의 공지된 공학적 해결책에 비해 다섯배 이상이다.

본 발명의 진동 시스템 및 공구는 작거나 큰 배치(batch)로 제조될 수 있으며, 장기간의 설비 작동 동안 연속-작동 제조 조건 하에서 사용될 수 있다. 그 출력 파라미터 및 기술적 결과는 높은 안정성으로 특징지어진다. 이들 파라미터는 작업 공정에서의 각 공구의 적용 시간 또는 배치에서의 공구 개수에 의존된다.

자왜 변환기의 사용에 의한 UIT 공구 제조는 첨단 산업 및 제조에서의 공구 적용 영역의 확장과 연관된 새로운 과제를 설정한다. 이들 과제에는 이하의 것이 포함된다:

- 변환기 파워의 최대 사용 및 변환기 중량 및 치수의 최소화의 기준에 따른 변환기의 효율;

- 공구가 상당한 동적 및 정적 힘의 적용을 받을 때 충격 조건 하에서 특정 진동 모드에 대한 진동 시스템 안정성;

- 압자와 도파관 사이에서의 제어된 음향적 결합의 보장;

- 공구 반발시에 저장된 탄성 에너지 보존의 완전한 사용;

- 기능 시스템에서의 에너지 평형 보장; 여기-스프링-추가 질량-초음파 충격; 시스템에서 저주파 충격의 자기-여기 수행;

- 정적 힘의 동시 작용 하에 공구의 규칙적인 작동 및 변환기의 초음파 진동에 의해 초래되는 진동-충격 하중 및 포와송 이동을 고려한 제로 칼라에서의 확실한 방습 밀봉 보장;

- 장기 공구 작동시에 핀 홀더의 안내 구멍의 수명 증대;

- 장기 하중 인가 하에서의 기술적 도파관 팁의 수명 증대; 및/또는

- 상이한 조건 하에서의 공구 범용성 및 인간공학성.

퍼멘듈로 제조된 적층체의 코어와 콘센트레이터 사이에 강력히 용접된 버트 조인트를 생성하기 위한 방법의 분석은, 포일 박판 형태의 은함유 브레이징 합금과 같은 브레이징 합금을 이용한 미세 진공과의 브레이징에 의해 이러한 이종 재료 사이의 접합 방법을 발견할 수 있게 해준다. 브레이징된 조인트를 접합하는 두 가지 방법이 브레이징 합금 조성에 따라 개발되었다: (1) 자왜 코어의 어닐링 및 그 전자-기계적 특성의 회복에 의한 고온 브레이징 합금; 및 (2) 코어의 전자-기계적 특성의 변화가 전혀 없는 저온 브레이징 합금. 두 경우에서의 브레이징 품질은 미세 진공에서 달성되는 것이 바람직하다.

이하 예시된 것은, 브레이징된 표면의 확실한 습윤 및 브레이징 합금의 결정 화 도중의 접착을 위한 브레이징 합금의 충분한 유동성 달성에 의해 지배되는 극히 짧은 브레이징 시간을 갖는 저온 방법이다. 이 예는 예시적인 것이며, 본 발명을 제한하지 않아야 한다.

예

영구적인 연결을 생성하기 위해 하기 재료들이 사용된다:

- 68% Ag, 27% Cu, 5% Sn을 함유하는 브레이징 합금,

- 브레이징 공정을 활성화시키고 브레이징 합금 침투 높이를 표준화하기 위한 티타늄 분말.

브레이징은 변환기의 전체 가열과 더불어 SGV 2.4-2/15형 진공 노에서 이루어지는 것이 바람직하다. 약 0.1 mm의 두께를 갖는 AgCuSn 68-27-5 은함유 밴드 브레이징 합금은 퍼멘듈 코어와 티타늄 콘센트레이터 사이의 경계면에 배치된다. 40㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 PTS 등급의 티타늄 분말의 박층이 퍼멘듈 코어 팁 상에 도포된다. 이 목적을 위해, 코어는 티타늄 분말 현탁액에 2 mm의 깊이로 침지된다. 티타늄 현탁액은 또한 이것으로 습윤된 브러쉬에 의해 도포될 수도 있다. 이 예에서는 이하 조건이 사용되었다:

브레이징 온도 - T=840-850℃;

침지 - 0.5분;

가열/냉각 속도 - 17℃/min;

진공 - 2.10^-2 - 5.10^-4 Pa;

압력 - 0.1-0.2 kg/㎟.

제조된 변환기는 상이한 재료의 초음파 충격 처리시에 NSTC(Northern Scientific and Technology Company) 연구소에서 공구의 부품으로서 테스트되었다. 변환기는 장기간의 혹독한 테스트를 견딜 수 있으며, 실제 구조의 UIT시에 장기간 테스트되었다.

최근에, 초음파 변형 기술은 극심하고 종종 한계적인 작동 조건에 의해 특징지어졌다. 코어의 종래의 표면 접착은 그 충분한 음향적 강성(또는 안정성)을 제공할 수 없다. 이 결과 새로운 조건 하에서 변환기 내용 수명이 짧아진다. 와전류 손실을 감소시키기 위해서는 코어 적층체의 전기-절연이 이루어져야 한다. 이들 환경은 적층체 침지 및 그로인한 코어 음향 강성의 증대를 위한 새로운 재료의 모색을 유도하였다. 바람직한 실시예에서, 수동 변환기의 코어는 액체 폴리머로 충진된 배쓰에 침지되어 적셔지고, 능동 변환기의 초음파 진동에 의해 적층체중 완전 폴리머 위킹(wicking)까지 공진 주파수로 여기되며, 따라서 초음파 전기장에서의 재료 화합물의 자기-중합의 개시가 90℃로 가열된다. 코어는 활성화된 코어가 침지되는 경우에 중합체 화합물이 구비된 용기에 침지되는 변환기의 공진 주파수에서 약 200 W까지의 파워를 갖는 초음파 발전기에 의해 침지되는 것이 바람직하다(종래 기술에 의하면 수동형 코어는 초음파 배쓰에 침지된다). 본 발명의 방법에 의한 침지는 화합물 중합의 높은 품질 및 속도를 위한 초음파 흡수에 의해 방출되는 열(80℃ 내지 150℃)의 높은 인가 및 침지 속도를 제공하는 큰 이점을 갖는다. 이 방법에 의해 침지되는 변환기는 전체 사용 수명 동안 단일체이다. 그 결과, 변 환기의 자왜적 및 전자-기계적 특징은 전체 사용 수명 동안 변화하지 않는다.

본 발명은 또한 연속-작동하는 제조 조건 하에서의 장기 작동시에 특정한 음향적 및 기계적 하중을 견딜 수 있는 새로운 UIT 공구 생성을 위한 공학적 해결책에 관한 것이다. 공학적 해결책은 이하의 것들중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다:

- 단기간 동안에 또한 공구에 대한 상당한 동적 및 정적 하중 하에서 광범위한 저항 및 Q-팩터에서 그것에 대한 음향 하중의 변화시에 특정한 진동 모드 및 조건에 대해 진동 시스템 안정성을 제공하는 것;

- 진동 시스템의 특징의 안정성, 호환성, 및 연속-작동 제조 조건에 대한 개조를 제공하는 것;

- 10%를 넘지 않는 특정 산포 범위 내에서 반복가능한 변환기 성능을 제공하는 것;

- 긴 수명의 변환기를 제공하고 능동 재료를 위한 작동 조건을 제한하며, 이들 요건에 따라 변환기 제조 공정을 개발하고, 전자기 손실과 전기음향 손실을 최소화하는 자왜기 치수 간의 관계를 최적화하는 것;

- 정지 상태의 대규모 연속 제조 조건 하에서 및 현장 조건 하에서 높고 낮은 강도, 높고 낮은 소성, 높고 낮은 열전도성을 갖는 상이한 재료의 장기 처리시에 하중 하의 초음파 변위 진폭의 제한, 발전기에 대한 양호한 매치, 안정적인 진동 및 긴 수명의 기준에 따라 진동 속도 전환기를 최적화하는 것;

- 변환기가 초음파 충격 처리를 위해 사용될 때 변환기 여기 효율, 변환기 제조 품질 및 결과의 일관성을 나타내는 주어진 재료에 대해 코어 자왜 특징의 안정성을 그 한계 값의 레벨에서 제공하는 것;

- 재료 또는 브레이징된 조인트의 특징의 한계 레벨에서 충격 동적, 초음파 순환성, 및 정적 응력의 효과 하에서 정지 시간이 임의의 재료 또는 조인트에 대한 제한 시간보다 적지 않도록 재료 조성 및 브레이징 조인트를 연구하는 것;

- 제조 과정이 가공 팁의 내용 수명을 제공하는 음향 도파관을, 임계 조건까지의 그 연속 작동 기간이 공정 절차에 의해 특정된 것 이상이도록 설계하고, 상기 가공 팁은 피처리 재료에 대해 제한적인 힘의 충격 임펄스 하에서 작동하며; 이를 달성하기 위해 가공 팁 강화 기술을 생성하는 것;

- 도파관-압자 쌍의 음향적 결합을 향상시키는 압자-도파관 가압 시스템을 생성하는 동시에, 진동 시스템 등가 질량을 증가시키고 따라서 충격값을 증가시키는 것;

- 진동 시스템과 공구 사이에 음향 결합을 생성하여, 초음파 충격시에 저장된 에너지의 최적 인가, 피처리면에 대한 힘 임펄스로의 에너지 변환, 피처리 재료로의 효과적인 에너지 전달, 탄성 요소에 의한 최소 반동(역반응) 시의 여기 주파수에서의 압자와 진동 시스템의 진동 사이의 자기-동기화를 가능하게 만드는 것;

- 접근하기 어려운 영역의 초음파 충격 처리를 위해 필요하고 충분한 가공 팁의 치수, 구조 및 형상을 갖는 기술적 도파관을 개발하는 것;

- 충격 시간, 길이 및 다공성에 기능적으로 관련되는 최대 충격 효율에 따라 초음파 변환기 주파수 및 충격 주파수에 매치되는 치수를 갖는 압자를 개발하는 것;

- 재료나 조인트, 특히 홈의 피처리면의 주어진 구성과 홈 품질, 특히 조도에 대한 요건에 따라 선택되는 치수 및 형상을 갖는 압자 가공 팁을 수정하는 것;

- 조립 및 정비하기에 용이한 충격 및 진동 하의 이완을 방지하기 위해 변환기 냉각 케이스에서의 확실한 변환기 고정을 설계하는 것;

- 충격 및 진동의 작용 하에 리테이너의 탄성 및 소성을 사용하여, 착탈이 용이하고 그 변형을 방지하는 열탄성 리테이너 판을 갖는 제로 칼라를 따라서 확실한 밀봉을 개발하는 것;

- 충격 및 진동의 작용 하에 반경방향 가압이 적용되는 리테이너의 탄성 및 소성을 사용하여, 착탈이 용이하고 밀봉 손상을 방지하는 열탄성 리테이너 판을 갖는 변환기 권선체의 와이어의 입/출력부를 따라서 확실한 밀봉 조립체를 개발하는 것;

- 상이한 공간 위치에 공구 적용이 가능한 핸들을 설계하는 것;

- 공구가 상이한 공간 위치에서 사용될 때 호스 및 케이블의 출력부 꼬임을 제거하는 것;

- 그 리테이너를 충격시에 압자와 도파관 사이의 접촉 부위에서 고온으로부터 보호하도록 핀 홀더 내에 쉽고 확실한 핀 고정 조립체를 설계하는 것;

- 충격 및 진동 작용 하에 상이한 공간 위치에서 작동할 때 확실한 변환기 냉각을 보장하는 것;

- 충격 및 진동 작용 하에 상이한 공간 위치에서 작동할 때 확실한 핀 홀더 고정을 보장하는 것; 및

- 충격 및 진동 작용 하에 상이한 공간 위치에서 작동할 때 공구 본체 내에서 및 변환기 케이스 내에서 확실한 변환기 장착을 보장하고 그 축 주위로의 그 회전을 방지하는 것.

본 발명의 초음파 충격 처리용 공구는 또한 준정적 및 동적 하중 변화의 범위 내에서 높은 안정성의 진동 조건 및 진동 모드를 제공할뿐 아니라, 피처리 재료의 한계 특성의 레벨에서 표면의 유효 소성 변형시에 공구의 진동 시스템의 확실하고 안정적인 작동을 제공한다. 이 공구는 종래 공구에서는 제공되지 못하던 이하의 것들 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 공학적 해결책을 제공한다:

- 단기간 동안 진동 시스템 "자왜 변환기-진동 속도 전환기-피처리 유닛"의 하중 저항 및 Q-팩터의 변동 범위 내에서 특정 진동 모드에 대한 진동 시스템 안정성이, 변환기의 코어 내의 직각 구멍과 적층체의 종방향 치수와 횡방향 치수 사이의 관계의 최적화에 의해서 또한, (1) 약 3 내지 약 500 오옴(ohm)의 하중 저항, (2) 약 5 내지 약 400의 Q-팩터, (3) 약 100㎛까지의 기계적 변위의 진폭, (4) 항복 강도까지의 정적 하중, (5) 극한 강도까지의 동적 하중 및/또는 (6) 임의의 진동 시스템 요소의 재료의 피로 한도까지의 가변 응력의 변경에 의한 콘센트레이터 구성을 가짐으로써 달성되며,

- 초음파 충격시에 재료 표면 상의 특정 깊이에서의 소성 변형 작업에 비례하는 기준으로서 피처리 재료로부터의 철회 및 비철회 상태에서 적어도 하나의 압자에 의한 초음파 충격을 포함하는 초음파 충격의 유효 시간 길이의 증대가, 전체 표면 커버영역에 의한 피처리 유닛의 미리 정한 처리 능력에 따라 설정되는 시간 단위 동안 압자 직경에 가까운 값까지 변경되는 직경 또는 적어도 하나의 치수를 갖는 최대 만입 용적을 갖는 소성 변형을 제공하도록 피처리 재료의 특성에 따라 적어도 하나의 압자의 길이와 직경, 및 가공면의 단수 또는 복수의 반경을 선택함으로써 얻어지며,

- 충격점까지 감소되는 질량의 증가는 콘센트레이터-압자 결합의 제어에 의해 달성되고, 처리되는 상세한 표면 조건에 대한 높은 요건에서의 표면 처리 조건의 최적화는 제어되지 않는 압자 반동의 최소화로 인해 달성되며,

- 하중 하에 작동할 때 공구의 출력부와 내부에서 호스와 케이블의 꼬임 방지 위치가 보장되며,

- 가공 2-반경 쐐기면을 갖는 적어도 하나의 압자에 의해 달성되는 그 수명을 책임지는 영역에서 가공물 피로 저항을 약 다섯배 이상 증가시키기 위해 충분한 용접 선단의 홈 반경, 홈 조도 및 잔류 응력을 생성하기 위해 약 0.2m/min 이상의 미리 정한 처리 능력을 보장하는 것이며, 여기에서 보다 작은 압자 반경은 홈 단면에서의 선단면 반경을 생성하고 보다 큰 압자 반경은 보다 작은 반경에 따라 유도되는 잔류 응력의 레벨 및 표면 조도를 생성한다,

- 5% 미만의 자왜 분산과 더불어 10×10^-6보다 큰 코어 자왜 계수의 증가는 코어의 가열 및 냉각시에 코어 재료의 위상 전이에 적합한 온도 범위에서 어닐링할 때 지향된(directed) 자기장의 생성 및 이 자기장에 의해 초래되는 도메인 편광에 의해 얻어진다,

- 5% 미만의 진동 시스템 전기음향 특징의 산포를 가지며 열처리를 거치거나 또는 거치지 않은 철-코발트 합금으로 만들어진 자왜 코어와 티타늄 또는 알루미늄 합금이나 스틸로 만들어진 콘센트레이터 사이의 브레이징 합금의 강도 레벨까지의 접합 신뢰성은, 2 mm 이하의 높이에서의 짧은 기간 동안 얻어지는 불활성 가스 브레이징 도중에 용융 브레이징 합금에 의한 가공면 습윤성에 적합한 진공 또는 불활성 가스 브레이징 도중의 은함유 또는 기타 브레이징 합금과 같은 브레이징 합금의 사용에 의해 달성되며, 배치에서의 표면 특성의 산포는 약 5%이다,

- 종방향 진동의 높은 진폭의 작용 하에서 측방향 모드 발생에 대한 진동 시스템 안정성을 증가시키기 위한 수단으로서 콘센트레이터와 코어의 중심맞춤은, 진동 시스템 제조의 수용되는 정확성에 대한 허용의 절반과 같거나 그보다 작은, 그 축 오정렬에서 코어와 콘센트레이터를 중심맞춤함으로써 달성된다,

- 초음파 필드에서 코어의 초음파 변위를 제한하는 작용 하에 측방향 모드 발생에 대한 자왜 변환기 안정성, 및 또한 함침의 증가와 함침 중합 속도의 증가는, 공진 능동 변환기의 초음파 진동에 의해 작동되는 침지된 변환기를 통해서 공진 능동 변환기에 의해 여기되는 일정한 초음파 필드와 더불어 중합체 화합물 내의 코어 함침에 의해 달성된다,

- 특정 진동 모드에 대한 도파관 고안정성에서 슬롯, 틈새(chink), 코너 등과 같은 접근하기 어려운 영역의 처리는 도파관 곡선형 기하학적 축에 수직한 동등한 위상의 표면에 걸쳐서 정상파 분포를 제공하는 구성을 갖는 도파관에 의해 보장 되며, 파장 및 그로인한 도파관 공진 치수는 이 곡선형 또는 공간적으로 배치된 축에 대해 규정된다,

- 처리시에 공구 본체에 대한 회전을 방지하기 위해 진동 시스템을 고정 위치에 제공하는 것,

- 2기압 이상의 냉각 액체 압력에서 제로 칼라 주위에서 변환기 케이스에서의 누설 및 밀봉 손상에 대한 저항이 임의의 변형 또는 인가력 없이 장방형 소켓에 장착된 O-형 고무 또는 탄성중합체 링에 의해 달성되며, 장방형 소켓 영역은 고무 또는 탄성중합체 링의 단면적과 동등하고 고무 링의 재료로 가압 충진된다,

- 2기압 이상의 냉각 액체 압력에서 와이어 밀봉 조립체 내의 누설 및 밀봉 손상에 대한 저항이 내부에 탄성 밀봉 재료를 갖는 원추형 분할 부싱에 의한 반경방향 가압에 의해 달성된다,

- 높은 정적 하중 및 동적 하중 하의 임의의 파워에서의 변환기의 유효 액체 냉각이, 임의의 가능한 공구의 공간 위치에서 변환기 케이스 내에서의 공기 로크 발생으로부터의 설계 보호에 의해 보장되며, 이 설계 보호는 과제에 따라, 냉각 액체의 입구와 출구에서 구체적으로 튜브의 상이한 길이를 소비하여 냉각 액체의 공급 및 철회를 책임지는 공구 요소를 특정함으로써 제공된다,

- 마디 칼라에 대한 변환기 케이스 내의 확실한 변환기 장착은 충격 및 진동 하의 자기-체결해제 및 누설을 방지하는 수단에 의해 달성된다,

- 공구의 범용성 및 이용가능성, 여기에서 공구는 두 가지 형태의 핸들, 즉 (1) 공구를 따르는 힘 전달 및 공구에 대한 회전 가능성을 갖는 전방 핸들, 및 (2) 공구 본체에 클램프에 의해 장착되는 사이드 핸들을 구비함으로써 임의의 공간 위치에 사용된다,

- 충격 도중에 그 강력한 진동에 이어지는 처리 도중에 핀 홀더의 안내 채널 내에서 진동 시스템 축을 따르는 적어도 하나의 압자의 확실한 고정이 열탄성 재료로 만들어진 신속-제거 탄성 리테이너 판에 의해 달성되며, 및/또는

- 도파관 출력부 가공 팁의 최적 수명이 하드페이싱 및 열기계적 강화에 의해 얻어지고, 도파관을 재가공할 때까지 70㎛ 까지의 가공 팁 진폭에서 100 시간 이상의 연속 작업의 가공 능력을 보장한다.

본 명세서에 개시된 예시적 실시예는 본 발명의 범위를 망라하거나 불필요하게 제한하기 위한 것이 아니다. 예시적 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 본 발명의 원리를 설명하기 위해 선정 및 기술된 것이다. 당업자에게 명백하듯이, 전술한 설명의 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 당업자의 능력 내에 포함되는 이러한 변형은 본 발명의 일부를 형성하며, 청구범위에 의해 받아들여진다.

Claims

준정적 및 동적 하중 변화의 범위 내에서 안정적인 진동 조건 및 진동 모드를 제공하고, 피처리 재료의 한계 특성의 레벨에서 표면의 유효 소성 변형시에 공구의 진동 시스템의 확실하고 일관적이며 안정적인 작동을 제공하는 초음파 충격 처리용 공구이며,

변환기 케이스 내에 배치되는 자왜 또는 압전-능동형 변환기를 함께 포함하는 결합된 진동 속도 전환기 또는 제로 칼라를 갖는 콘센트레이터를 구비하는 자왜 코어 또는 압전-능동형 재료로 만들어진 임의의 기타 능동형 소자;

상기 변환기의 상기 진동 속도 전환기를 통해서 상기 변환기에 부착되는 진동 속도 전환기 또는 콘센트레이터로서의 도파관;

안내 채널 내에 배치되고, 상기 피처리 재료의 유효 소성 변형과 효과 특성에 충분한 파라미터와 함께 피처리 재료로의 초음파 응력파 전달 및 피처리 재료로부터의 공구 반동을 허용하는 치수와 축방향 자유도를 갖는 적어도 하나의 압자;

상기 적어도 하나의 압자를 위한 적어도 하나의 안내 채널을 갖는 상기 공구의 헤드에 배치되는 핀 홀더;

상기 적어도 하나의 압자를 상기 핀 홀더 내에 고정하기 위한 리테이너 판으로서, 상기 핀 홀더의 팁에 있는 슬롯 내에 배치되는 리테이너 판;

공구 본체; 및

공구 케이스 내에 배치되고 상기 변환기가 내부에 구비되는 변환기 냉각 케이스를 포함하며,

상기 공구는 적어도 하나의 공학적 해결책을 제공하고, 상기 적어도 하나의 공학적 해결책은,

- 미리 정한 기간 동안 진동 시스템 자왜 변환기(진동 속도 전환기) 피처리 유닛의 하중 저항 및 Q-팩터의 변동 범위 내에서 미리 정한 진동 모드에 대한 진동 시스템 안정성이, 상기 변환기의 코어 내의 직각 구멍과 적층체의 종방향 치수와 횡방향 치수 사이의 관계의 최적화에 의해서, 또한 (1) 3 내지 500 ohm의 하중 저항의 변화, (2) 5 내지 400의 Q-팩터의 변화, (3) 100㎛까지의 기계적 변위의 진폭의 변화, (4) 항복 강도까지의 정적 하중의 변화, (5) 극한 강도까지의 동적 하중의 변화, 또는 (6) 진동 시스템 요소의 상기 재료의 피로 한도까지의 가변 응력의 변화에 의한 콘센트레이터 구성을 가짐으로써 달성되고,

- 전체 표면 커버영역에 의한 피처리 유닛의 미리 정한 처리 능력에 따라 설정되는 시간 단위 동안 압자 직경에 가까운 값까지 변경되는 직경 또는 적어도 하나의 치수를 갖는 최대 만입 용적을 갖는 소성 변형을 제공하도록 상기 피처리 재료의 특성에 따라 상기 적어도 하나의 압자의 길이와 직경, 및 가공면의 단수 또는 복수의 반경을 선택함으로써, 초음파 충격시에 재료 표면 상에서의 그리고 특정 깊이에서의 소성 변형 작업에 비례하는 기준으로서 피처리 재료로부터의 철회 또는 비철회 상태에서 상기 적어도 하나의 압자에 의한 초음파 충격을 포함하는 초음파 충격의 유효 시간 길이의 증대가 얻어지고,

- 콘센트레이터-압자 결합의 제어와, 제어되지 않는 압자 반동의 최소화로 인해 달성되는 처리되는 상세한 표면 조건에 대한 높은 요건에서의 표면 처리 조건의 최적화에 의해, 충격점까지 감소되는 질량의 증가가 달성되며,

- 하중 하에 작동할 때 공구의 출력부와 내부에서 호스와 케이블의 꼬임 방지 위치가 보장되고,

- 2-반경 쐐기형 가공면을 갖는 상기 적어도 하나의 압자에 의해 달성되는 수명을 책임지는 영역에서의 가공물 피로 저항을 다섯배 이상 증가시키기에 충분한 용접 선단의 홈 반경, 홈 조도 및 잔류 응력을 생성하기 위해 0.2m/min 이상의 미리 정한 처리 능력을 보장하며, 보다 작은 압자 반경은 홈 단면에서의 선단면 반경을 생성하고 보다 큰 압자 반경은 상기 보다 작은 반경에 따라 유도되는 잔류 응력의 레벨 및 표면 조도를 생성하고,

- 코어의 가열 및 냉각시에 코어 재료의 위상 전이를 초래할 수 있는 온도 범위에서 어닐링할 때 지향된(directed) 자기장의 생성 및 이 자기장에 의해 초래되는 도메인 편광에 의해, 5% 미만의 자왜 분산과 더불어 10×10^-6보다 큰 코어 자왜 계수의 증가가 얻어지며,

- 5% 이하의 진동 시스템 전기음향 특징의 산포를 가지며 열처리를 거치거나 또는 거치지 않은 철-코발트 합금으로 만들어진 자왜 코어와 티타늄 또는 알루미늄 합금이나 강으로 만들어진 콘센트레이터 사이의 브레이징 합금의 강도 레벨까지의 접합 신뢰성이, 2 mm 이하의 높이에서 짧은 기간 동안 얻어지는 불활성 가스 브레이징시의 용융 브레이징 합금에 의한 가공면 습윤성을 제공할 수 있는 진공 또는 불활성 가스 브레이징 도중에 브레이징 합금의 사용에 의해 달성되며, 배치(batch)에서의 표면 특성의 산포가 5%이고,

- 진동 시스템 제조의 용인되는 정확성에 대한 허용량의 절반과 같거나 그보다 작은 축 오정렬에서의 코어와 상기 콘센트레이터의 중심맞춤에 의해 종방향 진동의 높은 진폭의 작용 하에서 측방향 모드 발생에 대한 진동 시스템 안정성이 증가되고,

- 공진 능동 변환기의 초음파 진동에 의해 작동되는 침지된 변환기를 통해서 상기 공진 능동 변환기에 의해 여기되는 일정한 초음파 필드와 더불어 중합체 화합물 내의 코어 함침에 의해, 초음파 필드에서 코어의 초음파 변위를 제한하는 작용 하에 측방향 모드 발생에 대한 자왜 변환기 안정성, 함침의 증가, 및 함침 중합 속도의 증가가 달성되며,

- 미리 정한 진동 모드에 대한 도파관 안정성에서 도파관 곡선형 기하학적 축에 수직한 동등한 위상의 표면을 통한 정상파 분포를 제공하는 구성을 갖는 도파관에 의해 접근하기 어려운 영역의 처리가 이루어지고, 파장 및 도파관 공진 치수가 곡선형 또는 공간적으로 배향된 축에 상대적으로 규정되고,

- 진동 시스템을 고정 위치에 제공하여 처리 도중의 공구 본체에 대한 회전을 방지하고,

- 2기압 이상의 냉각 액체 압력에서 제로 칼라 주위의 상기 변환기 케이스에서의 누설 및 밀봉 손상에 대한 저항이 임의의 변형 또는 인가력 없이 장방형 소켓에 장착된 O-형 고무 또는 탄성중합체 링에 의해 달성되며, 상기 장방형 소켓은 고무 또는 탄성중합체 링의 단면적과 동등하고 고무 링의 재료로 가압 충진되고,

- 2기압 이상의 냉각 액체 압력에서 출력 밀봉 조립체에 있어서의 누설 및 밀봉 손상에 대한 저항이 내부에 탄성 밀봉 재료를 갖는 원추형 분할 부싱에 의한 반경방향 가압에 의해 달성되고,

- 높은 정적 하중 및 동적 하중 하의 임의 파워에서의 변환기의 유효 액체 냉각이, 임의의 가능한 공구의 공간 위치에서 상기 변환기 케이스 내에서의 공기 로크 발생으로부터의 설계 보호에 의해 보장되고, 상기 설계 보호는 임무에 따라, 냉각 액체의 입구와 출구에서 구체적으로 튜브의 상이한 길이를 희생하여 냉각 액체의 공급 및 철회를 책임지는 공구 요소를 특정함으로써 제공되고,

- 결절 칼라에 대한 상기 변환기 케이스 내의 확실한 변환기 장착은 충격 및 진동 하의 자기-체결해제 및 누설을 방지하는 수단에 의해 달성되고,

- 임의의 공간 위치에 사용됨으로써 상기 공구의 범용성 및 이용가능성이 달성되고, 상기 공구는 두 개의 핸들: (1) 상기 공구를 따라 힘을 전달하는 전방 핸들, 및 (2) 상기 공구 본체 상의 사이드 핸들을 갖고,

- 열탄성 재료로 만들어진 탄성중합 리테이너 판에 의해, 충격시에 강력한 진동이 수반되는 처리 동안 상기 핀 홀더의 안내 채널 내에서 진동 시스템 축을 따르는 상기 적어도 하나의 압자의 확실한 고정이 달성되고,

- 하드페이싱 및 열기계적 강화에 의해 제1 도파관이 재가공될 때까지 도파관 출력부 가공 팁이 70㎛ 까지의 가공 팁 진폭에서 100 시간 이상의 연속 작업의 가공 능력을 갖는 젓 중 적어도 하나를 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 제로 칼라 위의 밀봉 조립체,

상기 변환기 케이스에 부착되는 부싱으로서, 초음파 충격 처리시에 상기 변환기 케이스와 동기적으로 상기 공구 본체 내에서 종방향으로 이동하는 부싱,

상기 공구 본체에 부착되는 적어도 하나의 핸들,

상기 공구에 관해 적어도 하나의 호스 또는 케이블을 밀봉하기 위한 출력부 밀봉 조립체, 및

상기 공구로부터의 적어도 하나의 호스 및 케이블을 위한 출력부를 더 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 변환기는 O-형 자왜 코어를 가지며, 2x10⁷ 이상의 사이클에 기초한 코어 재료의 피로 한도에서 상기 O-형 자왜 코어의 초음파 변위의 최대 한계 진폭은 코어 적층체의 종방향 치수와 횡방향 치수 사이의 관계를 적층체 폭과 높이 사이의 2/9의 비율, 직각 구멍 폭과 그 높이 사이의 2/19의 비율, 및 직각 구멍 폭과 적층체 폭 사이의 2/5의 비율과 동등한 수치 범위에서 제공함으로써 달성되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 변환기는 상기 제로 칼라를 구비하는 저진폭 원추형 부분, 진동 시스템의 상기 변환기의 공진 주파수에서의 파장의 1/8 내지 1/5의 길이를 갖는 고진폭 원통형 부분, 및 상기 저진폭 원추형 부분과 상기 고진폭 원통형 부분 사이의 플루트 전이 반경부를 포함하는 원추-원통형 진동 속도 전환기 형태의 콘센트레이터를 포함하며, 상기 플루트 전이 반경부의 중심은 상기 고진폭 원통형 부분과 상기 플루트 전이 반경부 사이의 결합의 시컨트 평면에 위치하고, 반경 결합의 높이는 상기 고진폭 원통형 부분의 길이의 1/2 내지 1/3인 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 변환기 냉각 케이스를 더 포함하며, 상기 변환기 냉각 케이스는 상기 공구 본체에 대해 중심맞춤되고, 공구 작업시에 진동-음향적 결합을 제공하도록 스프링에 의해 공구 본체에 축방향으로 연결되며, 스프링의 구조적 치수는 무엇보다 다수의 주파수를 달성하도록 충격의 효율 및 에너지 파라미터를 제어하기에 충분한 미리 정한 스프링 정수를 제공하고, 상기 공구의 일부로서의 진동 시스템에 의해 생성되는 초음파 충격에 의해 개시되는 상기 공구의 고유 진동과 피처리 재료의 고유 진동 사이에 에너지 평형을 제공하도록 미리 선택되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압자는 하중 하에서 진동 시스템의 상기 변환기의 공진 주파수에서의 파장의 1/12 내지 1/4의 길이를 갖는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압자는 진동 속도 콘센트레이터의 축을 따라서 자유 이동할 수 있고 진동 시스템 주파수에서 공진 브래킷과 함께 상기 콘센트레이터의 출력 팁에 부착되며 로크 너트에 의해 부착될 때 너트의 제어된 힘에 의해 가압되는 스프링을 통해서 상기 제로 칼라에 부착되는 적어도 하나의 원통형, 원추형 또는 구형 압자를 포함하며, 상기 너트와 상기 로크 너트는 상기 공진 브래킷의 변위의 파복 내에서 상기 공진 브래킷의 내측 나삿니에 끼워지는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 냉각 라인 및 변환기 파워 케이블이 상기 공구로부터 출력 조립체를 통해서 연장되고 그 내부에 보유되며, 상기 출력 조립체는 상기 공구의 조작자에게 인간공학적인 각도로 부싱 내에 장착되고 상기 공구 본체 내의 안내 슬롯을 통과하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압자의 가공 팁은 쐐기 형상이고 제1 반경 및 제2 반경을 가지며, 상기 제1 반경은 처리 영역에서 미리 정한 결합 반경을 얻기 위해 0.5 mm 이상의 홈 반경을 제공하며, 상기 제2 반경은 100 마이크로인치(2.54㎛) 이하의 미리 정한 표면 조도를 얻기 위해 10 mm 이상이고, 상기 적어도 하나의 압자는 작동시에 응력 콘센트레이터에 의해 영향받는 구역에서 피처리 재료의 파손 위험을 생성하는 외력 작용을 보상할 수 있는 압자 초음파 충격에 의해 개시되는 잔류 응력의 레벨 및 분포를 달성하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 변환기의 자왜 코어는, 퀴리점을 양 방향으로 통과하기에 적절한 온도에서 그리고 코어 재료의 도메인 구조가 형성되는 온도 범위 내에서의 상기 자왜 코어의 냉각시에 상기 자왜 코어를 따르는 자기 도메인의 편광을 제한할 수 있는 자기력에서 상기 자왜 코어의 긴 측에 수직한 적층 평면을 따라서 영향을 미치는 일정한 자기장의 유도와 더불어 진공 중에서, 불황성 가스 중에서 또는 그 조합 속에서 어닐링되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 자왜 코어는, 브레이징 이후 5% 이하의 배치(batch)에서 작업 공정 및 진동 시스템의 산포 시에 퍼멘듈(permendure)이 브레이징 합금에 의해 웨브 높이의 0.1 mm 이하의 높이로 습윤되게 하는 플럭스로서 작용하는 티타늄 분말과 0.1 mm 두께의 스트랩 브레이징 합금을 사용한 17℃/min 속도의 단기 가열 및 냉각에 의해 10^-4 Pa까지의 진공 중에서 상기 진동 속도 전환기에 브레이징되며, 상기 자왜 코어 및 상기 진동 속도 전환기는 브레이징 이후에 함께 상기 자왜 변환기를 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 변환기의 자왜 코어는 코어 팁 대각선과 동등한 직경의 원통형 홈을 따라서 또는 장방형 소켓에 장착됨으로써 중심맞춤되며, 코어 팁 형상은 웨브 높이로부터 0.1 mm 이하의 깊이를 갖는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 수동 변환기의 코어는 액체 폴리머로 충진된 배쓰에 침지되어 적셔지고, 적층체들 중 완전 폴리머 위킹까지의 공진 주파수에서 능동 변환기의 초음파 진동에 의해 여기되며, 따라서 초음파 필드 중에 있고 90℃로 가열된 재료 화합물에서 자체-중합을 개시하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 도파관의 경사진 팁에서의 초음파 변위의 균일한 분포는 30°까지의 음각에서 얻어지는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 도파관은 도파관 본체를 형성하는 분포 질량의 중심에 수직한 섹션에서 동일한 위상의 표면의 회전을 갖는 곡선형 도파관이며, 상기 회전은 30°이하인 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 공구에 대해, 상기 자왜 변환기 및 진동 시스템의 고정된 위치는 전체적으로, 공구의 불규칙하게 공간적으로 배향된 진동 충격 하중 인가 하에, 상기 자왜 변환기의 상기 제로 칼라를 따라서, 그리고 상기 자왜 변환기와 상기 공구 본체 사이에서 상기 변환기 케이스 내의 가이드 키에 의해 제공되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 제로 칼라를 따라 밀봉 조립체를 더 포함하며, 상기 밀봉 조립체는 탄성중합체 링 및 분할 칼라를 포함하고, 상기 분할 칼라는 로크 와셔에 의해 유지되는 두 개의 분할된 제거가능한 금속제 세미-링을 포함하며, 상기 세미-링과 상기 탄성중합체 링은 상기 변환기 케이스의 내측 드러스트 플랜지와 상기 분할 칼라 사이의 소켓에 자유롭게 장착되고, 상기 탄성중합체 링의 장착은 (1) 상기 탄성중합체 링의 자유로운 장착, (2) 상기 탄성중합체 링의 자유로운, 균일하게 분포된 비변형 상태, (3) 가압에 의한 백래시 충진, 및 (4) 제거 시에 힘 인가 및 변형 없이 가압으로부터의 해제 이후의 자유 제거를 제공하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 변환기 권선체의 적어도 하나의 와이어를 위한 밀봉 조립체를 더 포함하며, 상기 변환기 케이스는 변환기 냉각 케이스이고, 상기 밀봉 조립체는 상기 변환기 냉각 케이스로부터 연장되고, 탄성 밀봉 요소, 원추형 분할 부싱, 및 원추형 보어 구멍을 갖는 나삿니를 따라서 자유롭게 이동가능한 나사 링을 포함하고, 상기 나사 링은 상기 원추형 분할 부싱의 축에 대해 조일 때 반경방향 힘의 작용 하에 상기 탄성 밀봉 요소를 가압하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 변환기 상의 냉각 조립체를 더 포함하며, 상기 자왜 변환기의 상기 냉각 조립체는,

탄성 시일;

상기 변환기 케이스에서 상기 자왜 변환기의 자왜 코어와 상기 변환기 케이 스의 내벽 사이에 삽입되는 튜브를 갖는 입구 니플로서, 상기 튜브의 길이가 상기 자왜 변환기의 상기 자왜 코어를 지나서 연장되는 입구 니플; 및

설치될 때 상기 변환기 케이스의 단부를 지나서 내측으로 연장되지 않는 출구 니플을 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 공구 본체 내의 상기 자왜 변환기는 일곱개 이상의 나삿니를 갖는 나사 링에 의해 충격의 작용 하에 고정되며, 상기 나사 링은 나사 링의 팁으로부터 1 내지 2의 나사 피치와 동등한 거리에서 하나의 나사 피치 이상의 폭을 갖는 반경방향 슬롯을 갖고 상기 반경방향 슬롯의 일측의 팁에는 내측 원추형 홈을 가지며, 고정은 상기 홈의 일측에서 상기 나사 링에 얹힘으로써 제공되어, 일곱개 이상의 나삿니를 갖는 로킹 너트에 의해 로킹될 때 추가적인 탄성을 제공하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 공구 본체에 부착되는 적어도 하나의 핸들을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 핸들은 작동 위치 선택을 위해 2 내지 3의 자유도를 갖는 전방 핸들이고, 상기 전방 핸들은 상기 적어도 하나의 압자에 대향하는 상기 공구 본체의 일 단부에서 클램프 나사에 의해 상기 공구 본체에 장착되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 공구 본체에 부착되는 적어도 하나의 핸들을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 핸들은 작동 위치 선택을 위해 2의 자유도를 갖는 사이드 핸들이고, 상기 공구 본체의 원통형 부분의 일 측에 장착되며 사이드 핸들 가압 클램프에 의해 고정되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 리테이너 판은 상기 적어도 하나의 압자의 직경보다 작은 0.5 내지 1.0 mm의 직경 및 0.8 내지 1.0 mm의 두께를 갖는 적어도 하나의 구멍을 가지며, 상기 리테이너 판은 상기 핀 홀더의 작동 부분에서 0.8 내지 1.5 mm의 폭의 횡방향 슬롯에 삽입되고, 상기 횡방향 슬롯은 적어도 하나의 안내 채널을 가지며 상기 채널에 대해 수직한 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 충격 하의 손상에 대한 도파관 가공 팁의 저항의 증가는 산화 티타늄에 의한 2 내지 6 mm 높이로의 아르곤-아크 하드페이싱에 의해 얻어지는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 변환기는 판을 갖는 자왜 코어를 더 포함하며, 상기 변환기의 수명 및 상기 자왜 코어와 상기 콘센트레이터 사이의 브레이징된 조인트의 강도 특징은 상기 자왜 코어의 상기 판들을 규칙적으로 엇갈리게 배치하여 상기 브레이징된 조인트의 접촉 면적을 증가시킴으로써 증가되고, 인접하는 판들의 단부 사이의 거리는 0.05 mm 내지 0.5 mm의 범위에 있는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 변환기의 상기 콘센트레이터의 일 단부에는 라운드형 리세스가 만들어지며, 상기 리세스는 브레이징된 조인트에서의 브레이징시에 용융 브레이징 합금을 보유하고, 상기 브레이징 합금이 상기 콘센트레이터의 측면에서 유동하는 것을 방지하며, 브레이징된 조인트의 둘레를 따라 매끄러운 필렛 형성을 가능하게 만드는 초음파 충격 처리용 공구.
제11항에 있어서, 상기 자왜 코어의 브레이징은 상기 자왜 코어의 판의 평면을 따라서 그리고 상기 자왜 코어의 긴 측에 대해 수직하게 배향되는 유도된 일정 자기장 내에서 이루어지며, 상기 자기장은 퀴리점을 양 방향으로 가로지르는 온도에서 그리고 코어 재료의 도메인 구조가 형성되는 온도 범위 내에서의 상기 자왜 코어의 냉각시에 상기 자왜 코어를 따라서 자기 도메인의 최대 편광에 충분한 강도를 갖는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 도파관은 원추-원통형 도파관이며, 상기 원추-원통형 도파관의 작업단에서의 고 진폭 및 한계 동적 힘과 준정적 힘 하에서의 상기 진동 시스템의 안정적인 성능은 상기 원추-원통형 도파관에 의해 얻어지며, 상기 변환기에 부착되는 상기 원추-원통형 도파관의 일 단부의 직경은 상기 원추-원통형 도파관에 부착되는 변환기 팁의 직경보다 큰 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 좁은 공간, 원격 영역, 또는 접근하기 어려운 영역에서의 표면 처리를 가능하게 하는 연장 공진 도파관을 더 포함하며, 상기 연장 공진 도파관은 상기 변환기의 팁과 상기 도파관의 단부 사이의 중심에 배치되고, 상기 연장 공진 도파관의 길이는 상기 변환기의 반송 주파수에서의 반파장 길이의 수배로 설정되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 도파관은 좁은 공간, 원격 영역, 또는 접근하기 어려운 영역에서의 표면 처리를 가능하게 하는 곡선형 도파관이며, 상기 곡선형 도파관은 장방형 단면 및 120°까지의 작업단 평면의 회전 각도를 가지며, 상기 곡선형 도파관은 상기 곡선형 도파관의 본체를 형성하는 분포 질량의 중심선에 대해 수직하게 배향되는 동등한 위상의 섹션들에 의해 형성되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 도파관은 곡선형 도파관이며, 상기 변환기가 내부에 배치되는 상기 변환기 케이스는 가동 피봇 조인트에 의해 상기 공구 본체 내에 장착되고, 평판 스프링에 의해 상기 피봇 조인트에서 상기 변환기 케이스의 회전 방향으로 상기 공구 본체와 연결되며, 따라서 작동시에 통합 진동 시스템이 변환기 여기 펄스의 주파수와 동기되는 고유 주파수로 진동하고, 상기 통합 진동 시스템은 상기 변환기, 상기 변환기 케이스, 상기 곡선형 도파관, 상기 곡선형 도파관의 일 단부에서 상기 핀 홀더에 설치되는 상기 적어도 하나의 압자, 및 상기 피처리 재료를 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 도파관은 곡선형 도파관이며, 상기 변환기가 내부에 배치되는 상기 변환기 케이스는 피봇 조인트에 의해 상기 공구 본체 내에 장착되고, 평판 스프링에 의해 다른 피봇 조인트에서 상기 변환기 케이스의 회전 방향으로 상기 공구 본체와 연결되며, 따라서 작동시에 상기 진동 시스템은 변환기 여기 펄스의 주파수와 동기되는 고유 주파수로 진동하고, 상기 공구 본체는 상기 피처리 재료에 대한 상기 공구 본체의 위치결정을 가능하게 하는 조절 지지체 상에 장착되며, 상기 진동 시스템은 상기 변환기 케이스, 상기 곡선형 도파관, 상기 적어도 하나의 압자, 및 상기 피처리 재료를 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 변환기가 내부에 배치되는 상기 변환기 케이스는 상기 변환기 케이스의 전방 부분 및 후방 부분에 배치되는 두 개의 스프링에 의해 상기 변환기의 축 방향으로 양측에서 상기 공구 본체와 연결되며, 따라서 작동시에 상기 진동 시스템은 변환기 여기 펄스의 주파수와 동기되는 고유 주파수로 진동하고, 상기 진동 시스템은 상기 변환기, 상기 변환기 케이스, 상기 도파관, 상기 적어도 하나의 압자, 및 상기 피처리 재료를 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 변환기 케이스 및 상기 변환기 케이스에 단단히 부착되는 부싱은 상기 부싱의 일 단부와 상기 공구 본체의 내측 단부면 사이에 배치되는 스프링에 의해 상기 공구 본체와 축방향으로 연결되어, 조립 또는 스프링 교체 시에 상기 스프링에 대한 접근을 제공하고 상기 스프링과, 상기 공구 본체, 및 상기 변환기 케이스 사이의 마찰을 제거하여 상기 공구의 신뢰성을 향상시키는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 변환기는 상기 진동 시스템을 따라서 상기 공구 본체와 상기 변환기 케이스를 통과하는 공기 유동에 의해 냉각되고, 상기 공기 유동은 상기 공구 본체에 내장된 팬에 의해서 또는 압축 공기 라인, 실린더 또는 압축기로부터의 압축 공기 공급에 의해서 생성되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 변환기는 200℃ 이상의 작동 온도를 갖는 용액으로 함침되는 초음파 충격 처리용 공구.
제36항에 있어서, 상기 용액은 액체 오르가노실리콘 폴리머인 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 콘센트레이터의 일 단부에 세라믹 충진재를 갖는 화합물을 연속으로 도포하여 상기 브레이징된 조인트의 영역에 각각의 경계 조건을 생성하고, 그 위에 플루오로플라스틱 판을 장착하며, 화합물을 중합하고, 상기 브레이징된 조인트의 상기 영역에 수축 튜브를 장착하고, 이를 가열하여 수축을 완료하고, 자왜 코어와 상기 콘센트레이터 사이에서 상기 브레이징된 조인트의 상기 영역 을 보호함으로써, 상기 변환기의 수명이 연장되고 브레이징된 조인트가 캐비테이션 부식으로부터 보호되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 상기 자왜 코어의 일 단부의 크기에 매치되도록 플루오로플라스틱 판을 연속으로 준비하여 상기 자왜 코어의 상기 단부의 영역에 각각의 경계 조건을 생성하고, 상기 자왜 코어의 상기 단부의 영역에 상기 플루오로플라스틱 판과 수축 튜브를 장착하며, 상기 수축 튜브를 가열하여 수축을 완료하고 상기 자왜 코어의 상기 단부에 상기 플루오로플라스틱 판을 부착함으로써, 상기 변환기의 수명이 연장되고 자왜 코어의 상기 단부가 캐비테이션 부식으로부터 보호되는 초음파 충격 처리용 공구.
제1항에 있어서, 경질 금속 또는 비금속 재료로 만들어진 교체가능한 삽입체를 사용함으로써 상기 핀 홀더의 수명이 연장되고, 상기 교체가능한 삽입체는 상기 적어도 하나의 압자를 위한 적어도 하나의 안내 구멍을 가지며, 상기 교체가능한 삽입체의 측면과 그것에 의해 배출되는 탄성력 하에 그립을 튕기는 핀 홀더의 표면 사이의 마찰력에 의해 상기 핀 홀더에 보유되는 초음파 충격 처리용 공구.
준정적 및 동적 하중 변화의 범위 내에서 안정적인 진동 조건 및 진동 모드를 제공하고, 피처리 재료의 한계 특성의 레벨에서 표면의 유효 소성 변형시에 공구의 진동 시스템의 확실하고 일관적이며 안정적인 작동을 제공하는 초음파 충격 처리용 공구이며,

변환기 케이스 내에 배치되는 자왜 또는 압전-능동형 변환기를 함께 포함하는 결합된 진동 속도 전환기 또는 제로 칼라를 갖는 콘센트레이터를 구비하는 자왜 코어 또는 압전-능동형 재료로 만들어진 임의의 기타 능동형 소자를 포함하며,

상기 공구는,

- 미리 정한 기간 동안 진동 시스템 자왜 변환기(진동 속도 전환기) 피처리 유닛의 하중 저항 및 Q-팩터의 변동 범위 내에서 미리 정한 진동 모드에 대한 진동 시스템 안정성이, 상기 변환기의 코어 내의 직각 구멍과 적층체의 종방향 치수와 횡방향 치수 사이의 관계의 최적화에 의해서 또한, (1) 3 내지 500 ohm의 하중 저항의 변화, (2) 5 내지 400의 Q-팩터의 변화, (3) 100㎛까지의 기계적 변위의 진폭의 변화, (4) 항복 강도까지의 정적 하중의 변화, (5) 극한 강도까지의 동적 하중의 변화, 또는 (6) 진동 시스템 요소의 상기 재료의 피로 한도까지의 가변 응력의 변화에 의한 콘센트레이터 구성을 가짐으로써 달성되고,

- 5% 이하의 진동 시스템 전기음향 특징의 산포를 가지며 열처리를 거치거나 또는 거치지 않은 철-코발트 합금으로 만들어진 자왜 코어와 티타늄 또는 알루미늄 합금이나 스틸로 만들어진 콘센트레이터 사이의 브레이징 합금의 강도 레벨까지의 접합 신뢰성이, 2 mm 이하의 높이에서 짧은 기간 동안 얻어지는 불활성 가스 브레이징시의 용융 브레이징 합금에 의한 가공면 습윤성을 제공할 수 있는 진공 또는 불활성 가스 브레이징 도중에 브레이징 합금의 사용에 의해 달성되며, 배치(batch)에서의 표면 특성의 산포가 5%이고,

- 진동 시스템 제조의 용인되는 정확성에 대한 허용량의 절반과 같거나 그보다 작은 축 오정렬에서의 코어와 상기 콘센트레이터의 중심맞춤에 의해 종방향 진동의 높은 진폭의 작용 하에서 측방향 모드 발생에 대한 진동 시스템 안정성이 증가되고,

- 공진 능동 변환기의 초음파 진동에 의해 작동되는 침지된 변환기를 통해서 상기 공진 능동 변환기에 의해 여기되는 일정한 초음파 필드와 더불어 중합체 화합물 내의 코어 함침에 의해, 초음파 필드에서 코어의 초음파 변위를 제한하는 작용 하에 측방향 모드 발생에 대한 자왜 변환기 안정성, 함침의 증가, 및 함침 중합 속도의 증가가 달성되는 것 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 공학적 해결책을 제공하는 초음파 충격 처리용 공구.
준정적 및 동적 하중 변화의 범위 내에서 안정적인 진동 조건 및 진동 모드를 제공하고, 피처리 재료의 한계 특성의 레벨에서 표면의 유효 소성 변형시에 공구의 진동 시스템의 확실하고 일관적이며 안정적인 작동을 제공하는 초음파 충격 처리용 공구이며,

변환기 케이스 내에 배치되는 자왜 또는 압전-능동형 변환기를 함께 포함하는 결합된 진동 속도 전환기 또는 제로 칼라를 갖는 콘센트레이터를 구비하는 자왜 코어 또는 압전-능동형 재료로 만들어진 임의의 기타 능동형 소자; 및

상기 공구의 냉각 안정성을 제공하는 상기 자왜 변환기의 냉각 조립체를 포함하며,

상기 자왜 변환기의 상기 냉각 조립체는,

탄성 시일;

상기 변환기 케이스에서 상기 자왜 변환기의 자왜 코어와 상기 변환기 케이스의 내벽 사이에 삽입되는 튜브를 갖는 입구 니플로서, 상기 튜브의 길이가 상기 자왜 변환기의 상기 자왜 코어를 지나서 연장되는 입구 니플; 및

설치될 때 상기 변환기 케이스의 단부를 지나서 내측으로 연장되지 않는 출구 니플을 포함하는 초음파 충격 처리용 공구.
준정적 및 동적 하중 변화의 범위 내에서 안정적인 진동 조건 및 진동 모드를 제공하고, 피처리 재료의 한계 특성의 레벨에서 표면의 유효 소성 변형시에 공구의 진동 시스템의 확실하고 일관적이며 안정적인 작동을 제공하는 초음파 충격 처리용 공구이며,

적어도 하나의 압자; 및

변환기 케이스 내에 배치되는 자왜 또는 압전-능동형 변환기를 함께 포함하는 결합된 진동 속도 전환기 또는 제로 칼라를 갖는 콘센트레이터를 구비하는 자왜 코어 또는 압전-능동형 재료로 만들어진 임의의 기타 능동형 소자를 포함하고,

상기 공구는 전체 표면 커버영역에 의한 피처리 유닛의 미리 정한 처리 능력에 따라 설정되는 시간 단위 동안 압자 직경에 가까운 값까지 변경되는 직경 또는 적어도 하나의 치수를 갖는 최대 만입 용적을 갖는 소성 변형을 제공하도록 피처리 재료의 특성에 따라 적어도 하나의 압자의 길이와 직경, 및 가공면의 단수 또는 복수의 반경을 선택함으로써, 초음파 충격시에 재료 표면 상에서의 그리고 특정 깊이에서의 소성 변형 작업에 비례하는 기준으로서 피처리 재료로부터의 철회 또는 비철회 상태에서 적어도 하나의 압자에 의한 초음파 충격을 포함하는 초음파 충격의 유효 시간 길이의 증대 및 충격 저항 조정을 제공하는 초음파 충격 처리용 공구.
자왜 변환기 조립 및 브레이징을 위한 조립 지그이며,

내열강으로 제조된 지그 케이스, 및

자왜 변환기의 콘센트레이터를 중심맞춤하기 위한 소켓을 구비한 티타늄 링을 포함하고,

상기 조립 지그는 상기 자왜 변환기의 브레이징된 부분을 중심맞춤하며, 상기 지그 케이스의 내부에서 축방향으로 자유롭게 이동하는 하중을 통해서 변환기 브레이징시에 자왜 코어에 표준화된 압력을 제공하는 조립 지그.