KR102182950B1 - 초음파 진동 부여구 및 초음파 가공 장치 - Google Patents

초음파 진동 부여구 및 초음파 가공 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102182950B1
KR102182950B1 KR1020197001683A KR20197001683A KR102182950B1 KR 102182950 B1 KR102182950 B1 KR 102182950B1 KR 1020197001683 A KR1020197001683 A KR 1020197001683A KR 20197001683 A KR20197001683 A KR 20197001683A KR 102182950 B1 KR102182950 B1 KR 102182950B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tool
ultrasonic
ultrasonic vibration
cylindrical housing
ring
Prior art date
Application number
KR1020197001683A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190020760A (ko
Inventor
가즈마사 오니시
Original Assignee
유겐가이샤 유웨이브
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유겐가이샤 유웨이브 filed Critical 유겐가이샤 유웨이브
Publication of KR20190020760A publication Critical patent/KR20190020760A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102182950B1 publication Critical patent/KR102182950B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0655—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/106—Langevin motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

(과제) 초음파 가공 장치에 끼워 넣어 사용하기에 적합한 랑즈뱅형 초음파 진동자를 구비한 초음파 진동 부여구로서, 랑즈뱅형 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동의 효율이 높은 이용을 가능하게 한다.
(해결 수단) 접촉면을 내주면 하부 혹은 바닥부에 구비하고, 그리고 외주면 하부에 나사부를 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞춰지는 접촉면을 구비한 원반상 팽출부를 상부에 갖는 원통상 공구 장착구를 포함하는 프런트 매스와, 그 프런트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리가 끝난 압전 소자를 사이에 둔 상태에서 볼트 조임한 구성의 랑즈뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 원통상 하우징의 나사부가 돌려 넣어지는 나사부를 내주면 상부에 갖는 링상 평형추를 포함하는 초음파 진동 부여구.

Description

초음파 진동 부여구 및 초음파 가공 장치
본 발명은, 초음파 진동 부여구(具) 및 초음파 가공 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 랑즈뱅형 초음파 진동자를 사용하는 신규 구성의 초음파 진동 부여구와, 그 초음파 진동 부여구를 사용하는 초음파 가공 장치에 관한 것이다.
압전 소자를 초음파 발생원으로서 이용하는 초음파 진동자는 각종 구성의 것이 알려져 있지만, 그 대표적인 구성으로서, 1 쌍의 금속 블록과 이들 금속 블록 사이에 고정된 분극 처리가 끝난 압전 소자로 구성된 랑즈뱅형 초음파 진동자가 알려져 있다. 그 중에서도, 분극 처리가 끝난 압전 소자를 1 쌍의 금속 블록 사이에서 볼트에 의해 접속하고, 고압으로 체결 고정한 구조의 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자는 고에너지의 초음파 진동의 발생이 가능하기 때문에, 각종 재료의 절삭 가공, 소성 가공, 지립 가공 등을 실시하기 위한 공구에 부설하여 사용하는 초음파 가공에서의 이용이 검토되고, 실제로 사용되고 있다. 또한, 각종 초음파 진동자에 대해서는, 그 초음파 진동자에 의해 발생하는 초음파 진동을 진동판이나 진동 수단을 통하여 송신하는 것에 의한, 초음파 세정, 금속 접합, 플라스틱 용착, 초음파 안개화, 유화ㆍ분산 등의 초음파 처리의 용도, 그리고 어군 탐지기 등의 수중 음향기 (소나), 초음파 탐상기, 의료용 에코 진단 장치, 유량계 등의 통신적 응용 기기에 대한 이용이 검토되고, 많은 분야에서 실제로 사용되고 있다.
볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자를 포함하는 각종 초음파 진동자의 구성은 이미 알려져 있지만, 더욱 확실하게 하기 위해, 대표적인 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자의 구성과 그 이용 형태의 일례를 첨부한 도 1 과 도 2 를 참조하여 이하에 간단히 설명한다.
도 1 은, 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자의 대표적인 구조의 예를 나타내는 도면으로, (A) 는 그 상면도이고, (B) 는 (A) 의 A-A 선으로 절단한 단면을 나타내는 정면 단면도이다.
도 1 에 있어서, 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 는, 1 쌍의 금속 블록 (2, 3) (통상적으로, 이것들을 프런트 매스, 리어 매스라고 한다) 사이에 분극 처리가 끝난 압전 소자 (예 : PZT 등의 압전 세라믹판) (5a, 5b, 5c, 5d) 를 사이에 두고, 볼트 (6) 와 너트 (9) 를 사용하여 금속 블록 (2, 3) 을 서로 체결한 구조를 갖는다. 도 1 에 있어서, 압전 소자에 기입되어 있는 화살표는 분극 방향을 나타낸다. 또한, 압전 소자 (5a, 5b, 5c, 5d) 에는, 전기 에너지를 인가하기 위한 단자로서 이용하는 전극편 (통상은 인청동 등의 전극편을 사용한다) (7a, 7b, 7c, 7d) 이 접속되어 있다. 또, 이 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 를, 별도로 준비한 유지 장치로 유지하기 위한 접속에 이용하는 플랜지 (8) 가 구비되어 있다.
도 2 는, 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자를 초음파 진동원으로서 사용하는 초음파 연삭 가공 장치 (연삭구) 의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 2 에 있어서, 초음파 연삭 가공 장치 (10) 는, 하우징 (11) 내에, 하단부에 혼 (12) 을 통하여 접속된 연삭구 (13) 를 구비한 초음파 진동자 (1) 를 수용하고, 이 초음파 진동자 (1) 를 베어링 (14) 에 의해 회전 가능하게 지지하고 있다. 초음파 진동자 (1) 의 회전은, 서보 유닛 (15) 에 접속된 교류 스핀들 모터 (16) 에 의해 구동된다. 도 2 의 장치에서는, 초음파 진동자 (1) 의 초음파 진동을 위한 전기 에너지는, 외부에 형성한 전기 에너지 공급원 (17) 에 접속되어 있는 카본 브러시와 슬립 링으로 구성되어 있는 접촉형 급전 장치 (18) 를 통해 공급된다.
초음파 가공 장치에 있어서 각종 공구에 초음파 진동을 줌으로써 기대되는 효과는, 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동이, 초음파 진동자에 조합되어 있는 공구 유지구에 유지되어 있는 공구에 높은 효율로 전달되고, 그 결과로서 얻어지는 당해 공구에 의한 가공 작업에 필요한 전기 에너지의 절감이나 가공 정밀도의 향상 등이다. 그러나, 지금까지 제조되고, 실제의 가공 작업에 사용되고 있는 초음파 가공 장치에서는, 그 기대된 효과가 충분히 얻어지고 있지 않은 경우가 많다. 이 때문에 현재 시점에서도, 초음파 가공 장치의 보급은 충분히 진행되고 있다고는 할 수 없다. 따라서, 초음파 가공의 추가적인 보급을 진행시키기 위해서는, 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동이 높은 효율로 공구에 전달되도록 하는 개량이 필요해진다.
본 발명의 발명자는, 지금까지 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동이 높은 효율로 공구에 전달되도록 하는 개량을 제공하는 발명을 생각해 내어, 특허출원을 해 왔다. 이들 개량 발명 중에서 최근 발명 중 하나로는, 특허문헌 1 에 개시되어 있는 발명을 들 수 있다.
특허문헌 1 에는, 공구와 초음파 진동체의 진동 복합체를 높은 안정성으로 지지하고, 또한 초음파 진동체에 있어서 발생하는 초음파 에너지의 그 진동 복합체의 지지체 (고정 지지체) 에 대한 누출을 낮은 레벨로 억제함으로써 진동 에너지의 공구에 대한 높은 효율로의 인가를 가능하게 하는 지지 구조로서, 공구를 구비한 초음파 진동체에 플랜지를 부설하고, 플랜지의 편측면을, 별도로 준비한 고정체에 형성한 플랜지 지지면에 응력을 가한 상태로 접촉시킴으로써 계합 지지하는 지지 구조 (다만, 초음파 진동체의 플랜지는, 고정체의 플랜지 지지면에는 접합되어 있지 않고, 또 고정체의 지지면에 접촉하여 계합 지지된 초음파 진동체의 플랜지는, 그 초음파 진동체가 진동 상태에 있을 때에는 플랜지의 두께 방향으로 초음파 진동하는 구조가 된다) 가 개시되어 있다.
국제 공개 WO2014/017460A1
특허문헌 1 에 기재된 새로운 초음파 진동자의 지지 구조를 이용하는 초음파 가공 장치에 의해, 종래 알려져 있었던 구조의 초음파 진동자를 사용하는 초음파 가공 장치의 문제점에 대해서는 적잖은 해결을 볼 수 있었다. 그러나, 특허문헌 1 에 기재된 초음파 진동자의 지지 구조를 이용한 초음파 진동 부여구에 대해서도, 그것을 실제의 초음파 가공 장치에 끼워 넣어 사용한 경우에, 몇 가지의 문제가 발생하는 것을 깨달았다. 그 문제의 하나로는, 초음파 가공 장치 내에서의 초음파 진동자의 유지 (지지) 가 두께가 얇은 플랜지에 의해 실시되고 있기 때문에, 초음파 가공 장치의 장기간의 사용 동안에, 플랜지부의 피로나, 플랜지부를 개재한 초음파 진동자의 유지 (지지) 에 느슨해짐이 발생하는 경우가 있는 것을 들 수 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 초음파 가공 장치에 끼워 넣어 사용하기에 적합한 랑즈뱅형 초음파 진동자를 구비한 초음파 진동 부여구로서, 그 초음파 진동 부여구에 장착된 공구에, 랑즈뱅형 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동을 높은 효율로 전달할 수 있는 초음파 진동 부여구를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 발명자는, 랑즈뱅형 초음파 진동자를 이용하는 초음파 진동 부여구에 의해 발생한 초음파 진동의 초음파 진동 부여구에 대한 누출 기구 (機構) 에 관한 연구를 더욱 계속해 왔다. 그리고, 그 결과, 이하에 기재하는 본 발명의 초음파 진동 부여구 (Ultrasonic Vibration Applicator) 를 이용함으로써, 상기의 과제가 높은 만족도로 해결되는 것을 확인하였다.
본 발명에 의해 제공되는 초음파 진동 부여구는, 하기의 부재, (a), (b), (c) 를 주요 구성으로서 포함한다.
(a) 접촉면을 내주면 하부 혹은 바닥부에 구비하고, 그리고 외주면 하부에 나사부를 구비한 원통상 하우징 ;
(b) 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞춰지는 접촉면을 구비한 원반상 팽출부를 상부에 갖는 원통상 공구 장착구를 포함하는 프런트 매스와, 그 프런트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리가 끝난 압전 소자를 사이에 둔 상태에서 볼트 조임한 구성의 랑즈뱅형 초음파 진동자 ;
그리고,
(c) 원통상 하우징의 나사부가 돌려 넣어지는 나사부를 내주면 상부에 갖는 링상 평형추.
또, 본 발명에 의해, 상기 본 발명의 초음파 진동 부여구 그리고 그 초음파 진동 부여구의 원통상 공구 장착구에 장착된 공구를 포함하는 초음파 가공 장치도 제공된다.
본 발명의 초음파 진동 부여구의 바람직한 양태를 이하에 기재한다.
(1) 링상 평형추의 나사부의 내주 가장자리와 외주 가장자리의 거리가, 링상 평형추의 두께의 2/3 내지 3/1 의 범위, 바람직하게는 1/1 내지 2/1 의 범위, 에 있다.
(2) 링상 평형추의 나사부의 하측에, 내경이 그 나사부의 내경보다 작은 하측 소경부가 형성되어 있고, 그 하측 소경부의 상면과 원통상 하우징의 바닥면 사이에 공극이 형성되어 있다.
(3) 링상 평형추의 나사부의 하측에, 내경이 그 나사부의 내경보다 작은 하측 소경부가 형성되어 있고, 그 하측 소경부의 내주면과 원통상 공구 장착구의 측면 사이에 공극이 형성되어 있다.
(4) 원통상 하우징의 접촉면이 하방을 향하여 넓어지는 테이퍼상의 사면역 (斜面域) 으로서, 원통상 공구 장착구의 원반상 팽출부의 사면역도 테이퍼상의 사면역이다.
(5) 원통상 하우징의 접촉면이, 그 원통상 하우징의 내주측 바닥부에 형성된, 원통상 하우징의 내주면보다 직경이 큰 링상의 오목부의 상면 및/또는 둘레면으로서, 원통상 공구 장착구의 원반상 팽출부의 접촉면이 그 원반상 팽출부의 상면 및/또는 측면이다.
(6) 링상 평형추의 외주 가장자리부가, 랑즈뱅형 초음파 진동자의 초음파 진동에 따라, 그 초음파 진동의 방향과 역방향으로 진동한다.
초음파 가공 장치에, 본 발명의 초음파 진동 부여구를 끼워 넣어 사용하면, 초음파 진동 부여구로부터의 초음파 가공 장치의 초음파 진동 부여구의 지지 부재 (초음파 가공 장치에 끼워 넣기 위한 지지 부재) 에 대한 초음파 진동 에너지의 누출이 현저히 저감된다. 이 때문에, 랑즈뱅형 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동을, 초음파 진동 부여구에 장착된 공구에 높은 효율로 또한 높은 안정성으로 전달하는 것이 가능해진다.
도 1 은 대표적인 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자를 이용하는 초음파 가공 장치의 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 초음파 진동 부여구의 대표적인 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4 는 도 3 에 나타낸 본 발명의 초음파 진동 부여구에 발생한 세로 1 차 진동에 따라 진동하는 링상 평형추의 진동 모드를 설명하는 설명도이다.
도 5 는 도 3 에 나타낸 본 발명의 초음파 진동 부여구에 발생한 유사 세로 0 차 진동에 따라 진동하는 링상 평형추의 진동 모드를 설명하는 설명도이다.
도 6 은 본 발명의 초음파 진동 부여구의 도 3 의 구성과는 상이한 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 초음파 진동 부여구의 도 3 이나 도 6 의 구성과는 상이한 구성예를 나타내는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 초음파 진동 부여구의 구성예를 나타내는 사시도로서, 원통상 하우징으로서, 측면에 슬릿을 형성한 양태를 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 초음파 진동 부여구를 끼워 넣은 초음파 가공 장치의 예 (공구는 드릴) 의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 10 은 본 발명의 초음파 진동 부여구를 끼워 넣은 초음파 가공 장치의 예 (공구는 스핀들) 의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 11 은 본 발명의 초음파 진동 부여구를 끼워 넣은 초음파 가공 장치의 예 (공구는 커터) 의 구성예를 나타내는 도면이다.
이하에, 도 3 내지 도 11 을 참조하여, 본 발명의 초음파 진동 부여구, 그리고 초음파 가공 장치의 상세한 설명을 기재한다.
도 3 은, 본 발명의 초음파 진동 부여구의 대표적인 구성예를 나타내는 도면이다. (A) 는 평면도이고, (B) 는 (A) 의 B-B 선을 따른 면으로 절단한 절단면이다. 도 3 의 (B) 에 있어서, 초음파 진동 부여구는, 하기의 (a) 원통상 하우징 (11), (b) 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1), 그리고 (c) 링상 평형추 (20) 가 주구성 부재로서 포함되고, 이들에 의해 초음파 진동 부여구가 구성되어 있다.
(a) 접촉면을 내주면 하부 혹은 바닥부에 구비하고, 그리고 외주면 하부에 나사부를 구비한 원통상 하우징 ;
(b) 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞춰지는 접촉면을 구비한 원반상 팽출부를 상부에 갖는 원통상 공구 장착구를 포함하는 프런트 매스와, 그 프런트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리가 끝난 압전 소자를 사이에 둔 상태에서 볼트 조임한 구성의 랑즈뱅형 초음파 진동자 ;
그리고,
(c) 원통상 하우징의 나사부가 돌려 넣어지는 나사부를 내주면 상부에 갖는 링상 평형추.
도 3 에 나타낸 원통상 하우징 (11) 은, 원통상 공구 장착구의 접촉면에 끼워 맞춰지는 접촉면 (21) 을 내주면 하부 혹은 바닥부에 구비하고, 그리고 외주면 하부에 나사부 (22) 를 구비하고 있다. 도 3 의 원통상 하우징 (11) 에서는, 접촉면 (21) 은, 하방을 향하여 넓어지는 테이퍼상의 사면역으로 되어 있다. 원통상 하우징 (11) 의 나사부 (22) 는, 후술하는 링상 평형추의 나사부 (암나사) 와 스크루 결합 (나사 결합) 되어 있는 수나사부이다.
도 3 에 나타낸 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 는, 원통상 하우징 (11) 의 접촉면 (21) 에 끼워 맞춰지는 접촉면을 구비한 원반상 팽출부 (23) 를 상부에 갖는 원통상 공구 유지구 (24) 를 포함하는 프런트 매스와, 그 프런트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 (3) 사이에, 통상대로, 분극 처리가 끝난 압전 소자를 사이에 둔 상태에서 볼트 조임한 구성의 랑즈뱅형 초음파 진동자이다. 즉, 본 발명의 초음파 진동 부여구를 구성하는 랑즈뱅형 초음파 진동자는, 통상적인 랑즈뱅형 초음파 진동자의 프런트 매스와 일반적으로 사용되고 있는 원통상의 공구 장착구를 프런트 매스로서 이용하고 있다. 이 공구 장착구의 상방에 별도로 준비한 프런트 매스를 접속한 구성이어도 된다. 또, 원통상 공구 장착구의 원통상이란, 일반적으로 원통과 동등하다고 볼 수 있는 단면이 다각형인 통상이어도 된다.
초음파 가공기에 있어서의 공구 장착구에 대해서는, 각종 형태나 구조인 것이 알려져 있으며, 이들 중 어느 형태나 구조의 공구 장착구는, 본 발명의 초음파 진동 부여구의 기능을 저해하는 것이 아닌 한, 본 발명에 있어서 사용 가능하다.
도 3 에 나타낸 링상 평형추 (20) 는, 원통상 하우징 (11) 의 나사부 (22) 가 돌려 넣어지는 나사부 (암나사부) (25) 을 내주면 상부에 갖는다. 본 발명의 초음파 진동 부여구에 있어서, 이 링상 평형추의 외주 가장자리부는, 랑즈뱅형 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동의 진동의 방향 (향하는 쪽) 과 반대 방향 (향하는 쪽) 에서 진동한다. 이 랑즈뱅형 초음파 진동자에 의해 발생한 초음파 진동의 진동의 방향 (향하는 쪽) 과 링상 평형추의 진동의 방향 (향하는 쪽) 의 관계를, 도 4 와 도 5 를 참조하여, 이하에 상세하게 설명한다.
도 4 는, 도 3 에 나타낸 초음파 진동 부여구를, 그 원통상 하우징 (11) 을 개재하여 지지 장치 (26) 로 지지 (유지) 하고, 그 상태에서, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 대한 전기 에너지의 인가에 의해, 세로 1 차 진동 모드의 초음파 진동을 발생시킨 경우에 일어나는, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 초음파 진동, 그리고, 그 초음파 진동에 의해 여기되는 링상 평형추 (20) 의 진동을 나타내는 도면이다. 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 세로 1 차 진동 모드의 초음파 진동은, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 거의 중앙에 위치하는 진동의 절 (節) (검은 동그라미로 표시) 을 중심으로 하여 상하로 왕복 운동하는 진동이다. 이 왕복 운동이 실선과 파선의 화살표로 나타내고 있다. 그리고, 이 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 상하의 왕복 운동 (상하에서의 신축) 에 의해, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 원통상 공구 유지구 (24) 의 원반상 팽출부 (23) 의 테이퍼상 접촉면과 원통상 하우징 (11) 의 테이퍼상 접촉면의 접촉 위치 (검은 동그라미로 표시) 를 절로 하는, 링상 평형추 (20) 의 외주 가장자리부의 진동 (상하 방향의 왕복 운동) 이 발생한다. 이 링상 평형추 (20) 의 외주 가장자리부의 왕복 운동도 실선과 파선의 화살표로 나타내고 있다. 다만, 링상 평형추 (20) 의 외주 가장자리부의 왕복 운동의 진동 방향은, 랑즈뱅형 초음파 진동자의 왕복 운동 (신축 운동) 의 진동 방향과는 반대 방향이 된다.
상기 서술한 링상 평형추 (20) 의 외주 가장자리부의 진동 (상하 방향의 왕복 운동) 의 발생에 의해, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 의해 발생한 초음파 진동은, 원통상 하우징 (11) 에 잘 전달되지 않게 된다. 따라서, 원통상 하우징을 개재한 지지 장치에 대한 초음파 진동의 누출이 현저히 저감되고, 그 결과, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 의해 발생한 초음파 진동은, 원통상 공구 유지구 (24) 에 유지되는 공구에 효율적으로 전달되게 된다. 그리고, 초음파 가공에 이용되는 공구에 대한 초음파 진동의 전달이 효율적으로 실현되기 때문에, 초음파 가공의 정밀도나 안정도가 향상되고, 또 초음파 진동 여기를 위한 전력 에너지의 저감도 실현된다. 또한, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 원통상 공구 유지구 (24) 의 상부의 원반상 팽출부 (23) 와 원통상 하우징 (11) 의 접촉 영역의 면적을, 종래 사용되고 있는 초음파 가공 장치에서의 랑즈뱅형 초음파 진동자의 플랜지부의 단면적에 비해 크게 할 수 있기 때문에, 초음파 가공 장치에서의 랑즈뱅형 초음파 진동자의 지지가 확실해지고, 또 장기간의 연속 사용에 의해서도, 안정적인 랑즈뱅형 초음파 진동자와 그것에 부설된 공구의 유지가 가능해진다.
도 5 는, 도 3 에 나타낸 본 발명의 초음파 진동 부여구를, 그 원통상 하우징 (11) 을 개재하여 지지 장치 (26) (도시 생략) 로 지지하고, 그 상태에서, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 대한 전기 에너지의 인가에 의해, 유사 세로 0 차 진동 모드의 초음파 진동을 발생시킨 경우에 일어나는, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 초음파 진동, 그리고, 그 초음파 진동에 의해 여기되는 링상 평형추 (20) 의 진동을 나타내는 도면이다. 또한, 랑즈뱅형 초음파 진동자의 유사 세로 0 차 진동 모드에 대해서는, 본 발명의 발명자의 발명을 개시한 WO2017/065263A1 에 상세한 기재가 있기 때문에, 이 공보의 기재 내용을 본원의 기재 내용으로 한다.
도 5 에 있어서, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 대한 전기 에너지의 인가에 의해, 유사 세로 0 차 진동 모드의 초음파 진동을 발생시킨 경우에는, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 내부에 진동의 절을 갖는 진동 (신축 운동) 은 발생하지 않고, 랑즈뱅형 초음파 진동자 자체가 상하로 진동하는 왕복 운동이 발생한다. 이 왕복 운동을, 실선과 파선의 화살표로 나타낸다. 그리고, 링상 평형추 (20) 의 진동은, 마찬가지로 실선과 파선으로 나타내는 바와 같이, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 왕복 운동과는 반대 방향의 왕복 운동이 된다.
따라서, 랑즈뱅형 초음파 진동자의 유사 세로 0 차 진동 모드의 초음파 진동을 이용한 경우에서도, 도 4 에서 설명한 바와 같이, 상기 서술한 링상 평형추 (20) 의 외주 가장자리부의 진동 (상하 방향의 왕복 운동) 의 발생에 의해, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 의해 발생한 초음파 진동은, 원통상 하우징에 잘 전달되지 않게 된다. 따라서, 원통상 하우징을 개재한 지지 장치에 대한 초음파 진동의 누출이 현저히 저감되고, 그 결과, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 의해 발생한 초음파 진동은, 원통상 공구 유지구 (24) 에 유지되는 공구에 효율적으로 전달되게 된다. 그리고, 초음파 가공에 이용되는 공구에 대한 초음파 진동의 전달이 효율적으로 실현되기 때문에, 초음파 가공의 정밀도나 안정도가 향상되고, 또 초음파 진동 여기를 위한 전력 에너지의 저감도 실현된다. 또한, 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 의 원통상 공구 유지구 (24) 의 상부의 원반상 팽출부와 원통상 하우징 (11) 의 접촉 영역의 면적을, 종래 사용되고 있는 초음파 가공 장치에서의 랑즈뱅형 초음파 진동자의 플랜지부의 단면적에 비해 크게 할 수 있기 때문에, 초음파 가공 장치에서의 랑즈뱅형 초음파 진동자의 지지가 확실해지고, 또 장기간의 연속 사용에 의해서도 안정적인 랑즈뱅형 초음파 진동자와 그것에 부설된 공구의 유지가 가능해진다.
도 8 은, 본 발명의 초음파 진동 부여구의 다른 구성예를 나타내는 사시도로서, 원통상 하우징 (11) 으로서, 측면에 슬릿 (27) 을 형성한 양태를 나타낸다. 20 은 링상 평형추이고, 24 는 원통상 공구 유지구이다. 또, 초음파 진동 부여구는, 초음파 가공기의 지지 장치 (26) 에 의해 지지 고정되어 있다. 이와 같은, 원통상 하우징의 측면에 대한 슬릿 (27) 의 형성에 의해, 랑즈뱅형 초음파 진동자에 의해 발생하고, 원통상 하우징으로 새어 나오는 초음파 진동의 초음파 가공기의 지지 장치에 대한 누출이 더욱 저감되고, 또, 이와 같이 원주 방향을 따라 형성된 가늘고 긴 슬릿에 의해, 랑즈뱅형 초음파 진동자로부터의 초음파 진동에 의한 발열이 저하되며, 또 초음파 진동의 반사도 일어난다.
도 9 는, 본 발명의 초음파 진동 부여구의 이용의 일 양태인 공구 (초음파 진동자의 중심축의 주위를 회전하는 공구) 로서 드릴을 사용하는 천공 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 9 에 나타내는 초음파 가공 장치는, 모터 (31), 모터축 (32), 회전축 (33), 전원 (34), 로터리 트랜스 고정부 (35), 로터리 트랜스 회전부 (36b), 고정측 트랜스대 (37), 슬리브 (38), 회전측 트랜스대 (39), 그리고 베어링 (30) 을 포함하는 초음파 진동 부여구 지지 회전 장치에, 공구 (41) 를 구비한 본 발명의 초음파 진동 부여구가 장착되어 있는 구성에 있다. 이 초음파 진동자 지지 회전 장치는 초음파 가공 장치에 있어서의 초음파 진동자 지지 회전 장치로서 일반적으로 이용되고 있는 장치이다.
도 10 은, 초음파 가공 방법의 이용의 일 양태인 공구 (초음파 진동자의 중심축의 주위를 회전하는 공구) 로서 연마구 혹은 스핀들을 사용하는 초음파 가공 장치에 본 발명의 초음파 진동 부여구를 끼워 넣은 구성예를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 10 의 초음파 가공 장치에서는, 전원 (34) 으로부터 공급되는 전기 에너지가, 로터리 트랜스 (42, 43) 를 통하여 랑즈뱅형 초음파 진동자 (1) 에 전달된다. 이 도 10 에 나타낸 초음파 가공 장치는, 상부 (45) 를 통해 머시닝 센터에 넣은 사용을 상정하고 있다.
도 11 의 (A) 는, 초음파 가공 방법의 이용의 일 양태인 공구 (초음파 진동자의 축 방향으로 왕복 운동하는 공구) 로서 커터 (44) 를 사용하는 연삭 장치에 본 발명의 초음파 진동 부여구를 끼워 넣은 구성예를 나타내는 도면이다. 이 연삭 장치에서는, 연삭 장치와 가공 대상 재료 (워크) 의 일방 혹은 쌍방이 상대적인 위치 관계를 바꾸도록 수평 방향으로 이동하고, 초음파 진동 부여구에 장착된 커터 (44) 는 상하 방향으로 진동 (왕복 운동) 하기 때문에, 초음파 진동자의 지지 구조체는 회전하지 않는다.
1 : 볼트 조임 랑즈뱅형 초음파 진동자
2 : 금속 블록 (프런트 매스)
3 : 금속 블록 (리어 매스)
5a, 5b, 5c, 5d : 압전 소자
6 : 볼트
7a, 7b, 7c, 7d : 전극편
8 : 플랜지
9 : 너트
10 : 초음파 연삭 가공 장치
11 : (원통상) 하우징
13 : 연삭구
20 : 링상 평형추
21 : 접촉면
22 : 나사부
23 : 원반상 팽출부
24 : 원통상 공구 유지구
25 : 나사부

Claims (9)

  1. 접촉면을 내주면 하부 혹은 바닥부에 구비하고, 그리고 외주면 하부에 나사부를 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞춰지는 접촉면을 구비한 원반상 팽출부를 상부에 갖는 원통상 공구 장착구를 구비한 프런트 매스와, 그 프런트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리가 끝난 압전 소자를 사이에 둔 상태에서 볼트 조임한 구성의 랑즈뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 원통상 하우징의 나사부가 돌려 넣어지는 나사부를 내주면 상부에 갖는 링상 평형추를 포함하고, 상기 원통상 하우징의 나사부가 상기 링상 평형추의 나사부에 돌려 넣어짐으로써, 원통상 하우징의 접촉면에 프런트 매스의 원통상 공구 장착구의 원반상 팽출부의 접촉면이 접촉하고, 고정되어 이루어지는 초음파 진동 부여구로서, 링상 평형추가, 그 나사부의 하측에, 내경이 그 나사부의 내경보다 작은 하측 소경부를 구비하고, 또한 당해 하측 소경부의 내주면과 원통상 공구 장착구의 측면 사이에 공극이 형성되어 있는, 초음파 진동 부여구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    링상 평형추의 하측 소경부의 상면과 원통상 하우징의 바닥면 사이에 공극이 형성되어 있는, 초음파 진동 부여구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    링상 평형추의 나사부의 내주 가장자리와 외주 가장자리의 거리가, 링상 평형추의 두께의 2/3 내지 3/1 의 범위에 있는, 초음파 진동 부여구.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    링상 평형추의 나사부의 내주 가장자리와 외주 가장자리의 거리가, 링상 평형추의 두께의 1/1 내지 2/1 의 범위에 있는, 초음파 진동 부여구.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    원통상 하우징의 접촉면이 하방을 향하여 넓어지는 테이퍼상의 사면역으로서, 원통상 공구 장착구의 원반상 팽출부의 사면역도 테이퍼상의 사면역인, 초음파 진동 부여구.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    원통상 하우징의 접촉면이, 그 원통상 하우징의 내주측 바닥부에 형성된, 원통상 하우징의 내주면보다 직경이 큰 링상의 오목부의 상면 및/또는 둘레면으로서, 원통상 공구 장착구의 원반상 팽출부의 접촉면이 그 원반상 팽출부의 상면 및/또는 측면인, 초음파 진동 부여구.
  7. 제 1 항에 있어서,
    링상 평형추의 외주 가장자리부가, 랑즈뱅형 초음파 진동자의 초음파 진동에 따라, 그 초음파 진동의 방향과 반대 방향으로 진동하는, 초음파 진동 부여구.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 초음파 진동 부여구 그리고 그 초음파 진동 부여구의 원통상 공구 장착구에 장착된 공구를 포함하는, 초음파 가공 장치.
  9. 삭제
KR1020197001683A 2017-02-10 2018-02-09 초음파 진동 부여구 및 초음파 가공 장치 KR102182950B1 (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2017-037519 2017-02-10
JP2017037519 2017-02-10
JPJP-P-2017-055050 2017-03-02
JP2017055050 2017-03-02
JPJP-P-2017-103118 2017-05-08
JP2017103118 2017-05-08
PCT/JP2018/004728 WO2018147445A1 (ja) 2017-02-10 2018-02-09 超音波振動付与具及び超音波加工装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190020760A KR20190020760A (ko) 2019-03-04
KR102182950B1 true KR102182950B1 (ko) 2020-11-25

Family

ID=63107212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197001683A KR102182950B1 (ko) 2017-02-10 2018-02-09 초음파 진동 부여구 및 초음파 가공 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11148170B2 (ko)
EP (1) EP3581303A4 (ko)
JP (1) JP6863613B2 (ko)
KR (1) KR102182950B1 (ko)
CN (1) CN109843487B (ko)
TW (1) TW201840383A (ko)
WO (1) WO2018147445A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6995306B2 (ja) * 2017-08-03 2022-01-14 株式会社キラ・コーポレーション 超音波振動加工装置
TW202003121A (zh) * 2018-05-30 2020-01-16 日商優味弗有限公司 超音波振動賦予具、行進波發生裝置及超音波加工裝置
CN110355621B (zh) * 2019-07-17 2021-03-16 大连理工大学 一种用于超声加工的组合砂轮及其设计方法
CN111537174B (zh) * 2020-04-29 2021-11-23 江苏大学 一种变角度超声冲击试验装置与方法
CN113731593A (zh) * 2020-05-27 2021-12-03 廖运炫 超音波振动加工装置
CN113333864A (zh) * 2021-06-08 2021-09-03 北京航空航天大学 一种多模态超声振动辅助加工装置及方法
CN113617622B (zh) * 2021-08-12 2022-07-12 深圳市青鼎装备有限公司 一种基于实心压电陶瓷片的超声波刀柄
CN113843459B (zh) * 2021-10-25 2023-10-20 湖南工学院 一种用于高效精密超声磨削加工扬矿管螺纹的装置及其使用方法
CN117484291B (zh) * 2023-12-29 2024-03-29 中北大学 一种超声振动辅助抛光装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002219606A (ja) 2001-01-22 2002-08-06 Masao Murakawa 超音波ミリング装置
WO2014017460A1 (ja) 2012-07-23 2014-01-30 Ohnishi Kazumasa 工具を備えた超音波振動体の支持構造

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63288601A (ja) * 1987-05-20 1988-11-25 Taga Electric Co Ltd 超音波振動切削装置
JPH0288156A (ja) * 1988-09-21 1990-03-28 Osaka Kiko Co Ltd 超音波加工用アタッチメント
JPH0763886B2 (ja) * 1989-09-29 1995-07-12 株式会社精工舎 超音波鋸
CN1021027C (zh) * 1989-10-10 1993-06-02 吉林工业大学 一种超声波振动车削装置
JP2506321Y2 (ja) * 1989-12-21 1996-08-07 株式会社 岳将 超音波スピンドル
JPH03234450A (ja) * 1990-02-06 1991-10-18 Brother Ind Ltd 超音波加工機
JP4244260B2 (ja) * 2000-02-24 2009-03-25 富士工業株式会社 超音波加工用ねじり振動装置
DE10029580C1 (de) * 2000-06-15 2002-01-10 Ferton Holding Sa Vorrichtung zum Entfernen von Körpersteinen mit einem intrakorporalen Lithotripter
JPWO2006126298A1 (ja) * 2005-05-23 2008-12-25 大西　一正 円盤状の切断ブレードを備えた切断装置
JP2010240745A (ja) * 2007-08-13 2010-10-28 Kazumasa Onishi 超音波回転加工装置
CN103920635B (zh) * 2014-04-18 2016-03-02 北京航空航天大学 一种纵扭复合超声振动加工装置
CN104440573A (zh) * 2014-12-09 2015-03-25 苏州科技学院 一种单电信号激励超声椭圆振动砂轮修整装置
DE102015216596B4 (de) * 2015-08-31 2017-03-30 Sauer Gmbh Werkzeughalter
WO2017065263A1 (ja) * 2015-10-15 2017-04-20 有限会社Ｕｗａｖｅ ランジュバン型超音波振動子の振動励起方法及び超音波加工方法と超音波送信方法
JP2017221932A (ja) * 2016-06-15 2017-12-21 有限会社Ｕｗａｖｅ 超音波振動子とその振動励起方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002219606A (ja) 2001-01-22 2002-08-06 Masao Murakawa 超音波ミリング装置
WO2014017460A1 (ja) 2012-07-23 2014-01-30 Ohnishi Kazumasa 工具を備えた超音波振動体の支持構造

Also Published As

Publication number Publication date
JP6863613B2 (ja) 2021-04-21
EP3581303A1 (en) 2019-12-18
US20190351452A1 (en) 2019-11-21
CN109843487B (zh) 2020-12-08
US11148170B2 (en) 2021-10-19
KR20190020760A (ko) 2019-03-04
EP3581303A4 (en) 2020-12-30
WO2018147445A1 (ja) 2018-08-16
TW201840383A (zh) 2018-11-16
JPWO2018147445A1 (ja) 2020-01-16
CN109843487A (zh) 2019-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102182950B1 (ko) 초음파 진동 부여구 및 초음파 가공 장치
CN108136441B (zh) 朗之万型超声波振子的振动激励方法以及超声波加工方法和超声波发送方法
JP6716082B2 (ja) ランジュバン型超音波振動子の縦・ねじり振動の励起方法
JP2017221932A (ja) 超音波振動子とその振動励起方法
JP2018192467A (ja) ランジュバン型超音波振動子とその支持方法とその超音波応用加工法
JP2007111803A (ja) 超音波振動切削装置
JP5296730B2 (ja) 超音波加工装置
JP6884363B2 (ja) 超音波加工用のランジュバン型超音波振動発生装置
CN112188938B (zh) 超声波振动赋予用具、行进波产生装置及超声波加工装置
JP2007130746A (ja) 切削工具および機械加工装置
JP6821187B2 (ja) ランジュバン型超音波振動子の支持構造体
RU2293012C2 (ru) Комбинированный способ обработки отверстий и устройство для его осуществления
JP6831138B2 (ja) ランジュバン型超音波振動子の振動励起方法及び被加工材料の超音波加工方法
JP4740697B2 (ja) 超音波振動切削装置
JP2020073274A (ja) ランジュバン型超音波振動子の支持構造体、超音波加工装置及び超音波送信装置
WO2020209362A1 (ja) 超音波振動付与具
WO2016006596A1 (ja) 超音波加工装置
JP2012171056A (ja) 平研削ホイール

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant