KR20210013694A

KR20210013694A - 초음파 진동 부여구, 진행파 발생 장치 및 초음파 가공 장치

Info

Publication number: KR20210013694A
Application number: KR1020207033995A
Authority: KR
Inventors: 가즈마사 오니시
Original assignee: 유겐가이샤 유웨이브
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2021-02-05
Also published as: WO2019230883A1; TW202003121A; CN112188938B; CN112188938A; JPWO2019230883A1

Abstract

[과제] 초음파 가공 장치에 장착하여 원환상 진행파를 발생시키는 데 적합한 랑주뱅형 초음파 진동자를 구비한 초음파 진동 부여구를 제공한다.
[해결 수단] 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 하우징의 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 플랜지부의 하면에 접촉하고, 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 프론트 매스의 상하 방향의 진동과 그 진동과 동일 방향으로 돌출하는 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 동시에, 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구.

Description

초음파 진동 부여구, 진행파 발생 장치 및 초음파 가공 장치

본 발명은 초음파 진동 부여구, 진행파 발생 장치 및 초음파 가공 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 랑주뱅형 초음파 진동자를 사용하는 초음파 진동 부여구이지만, 신규한 진동 모드의 초음파 진동을 나타내는 초음파 진동 부여구, 그리고, 그 초음파 진동 부여구를 사용하는 진행파 발생 장치와 초음파 가공 장치에 관한 것이다.

압전 소자를 초음파 발생원으로서 이용하는 초음파 진동자는 각종 구성의 것이 알려져 있는데, 그 대표적인 구성으로서, 1 쌍의 금속 블록과 이들 금속 블록 사이에 고정 분극 처리 완료된 압전 소자로 구성된 랑주뱅형 초음파 진동자가 알려져 있다. 그 중에서도, 분극 처리 완료된 압전 소자를 1 쌍의 금속 블록 사이에서 볼트에 의해서 접속하고, 고압으로 체결 고정시킨 구조의 볼트 체결 랑주뱅형 초음파 진동자는 고에너지의 초음파 진동의 발생이 가능하기 때문에, 각종 재료의 연마 가공, 절삭 가공, 소성 가공, 지립 가공 등을 행하기 위한 공구에 부설하여 사용하는 초음파 가공 처리에 의한 이용이 검토되고, 실제로 사용되고 있다. 또한 각종 초음파 진동자에 대해서는, 그 초음파 진동자에서 발생되는 초음파 진동을 진동판이나 각종 진동 수단을 개재하여 송신하는 것에 의한, 초음파 세정, 금속 접합, 플라스틱 용착, 초음파 박무화, 유화·분산 등의 초음파 처리의 용도, 그리고 어군 탐지기 등의 수중 음향기 (소나), 초음파 탐상기, 의료용 에코 진단 장치, 유량계 등의 통신적 응용 기기에의 이용이 검토되고, 많은 분야에서 실제로 사용되고 있다.

또, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 초음파 진동을 이용하여 진행파를 발생시키는 방법이나 장치도 이미 알려져 있다. 이 초음파 진동을 이용하는 진행파로서 대표적인 것은 원환 형상을 갖는 진동체에 원환상의 진행파를 발생시키는 방법으로서, 이 진행파의 이용 형태로는, 초음파 모터, 연마 장치, 그리고 절삭 장치 등이 제안되어 있다. 그러나, 진행파를 발생시키는 초음파 진동 모드를 이용하는 장치로서, 실제로 이용되고 있는 장치는, 현 시점에서는 기계적 부하가 적으며, 또한 변동이 적은 카메라에 내장하는 모터에 한정되어 있다.

진행파 초음파 진동 모드를 나타내는 초음파 진동은, 그 진동에 절점 (노드) 이 발생되지 않는 점에 특징을 갖는 진동 모드로서, 진동원을 겸하는 진동체로는 원환상의 평면을 갖는 압전 세라믹판이 사용되는 것이 일반적이다. 그러나, 진행파가 발생되는 원환상 진동체에는 진동의 절점이 나타나지 않기 때문에, 그 진동체를 진동 특성을 유지한 채로 지지할 수 없다. 즉, 통상적인 진동체는, 그 진동체에 나타나는 초음파 진동을 유효하게 활용하기 위해서, 그 초음파 진동의 절점이 나타나는 위치에서 지지하도록 되어 있지만, 초음파 진동의 절점이 나타나지 않는 진행파 초음파 진동 모드를 이용할 경우, 이와 같은 지지 방법을 이용하여 진동체를 지지할 수 없다. 이 때문에, 지금까지 실용화되어 있는 진행파 초음파 진동 모드의 초음파 진동을 발생시키는 원환상 진동체의 지지는, 펠트 등의 부드러운 재료의 성형체를 지지 기판으로서 이용하는 방법이 이용되고 있고, 이와 같은 지지 방법에 의해서 진동체를 공기 중에 부유시킴으로써 실현되어 있다.

그러나, 큰 기계적 부하가 진동체에 가해지면, 펠트 등의 부드러운 재료의 성형체가 압축되어 딱딱해지기 때문에, 진동체에 발생된 진행파 초음파 진동 모드의 초음파 진동이 지지 기판에 전파되어 버려, 그 진동체에 있어서의 원활한 진행파의 발생이 실현되지 않게 되는 경우가 있다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 1 의 도 11 에는, 랑주뱅형 초음파 진동자를 사용하는 진행파의 발생 방법의 도면이 개시되어 있는데, 그 개시되어 있는 랑주뱅형 초음파 진동자의 구성이나 진행파 발생을 위한 진동체의 지지 방법에 관한 구체적인 설명은 일절 보이지 않는다.

또, 초음파 가공 장치에 있어서 각종 공구에 초음파 진동을 부여함으로써 기대되는 효과는, 초음파 진동자에서 발생된 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 얻어지지 않는 경우가 많다. 이 때문에 현재의 시점에서도, 초음파 가공 장치의 보급은 충분히 진행되고 있다고는 말할 수 없다. 따라서, 초음파 가공 장치의 추가적인 보급을 진행시키기 위해서는, 초음파 진동자에서 발생된 초음파 진동이 높은 효율로 공구에 전달되는 초음파 가공 장치를 개발할 필요가 있다.

본 발명의 발명자는, 지금까지 초음파 가공 장치에 장착한 초음파 진동자에서 발생된 초음파 진동이 높은 효율로 공구에 전달되도록 하는 개량을 제공하는 발명을 생각해 내고, 다수를 특허 출원해 왔다. 그 개량 발명들 중에서 최근의 발명의 하나로서, 특허문헌 2 에 개시되어 있는 발명을 들 수 있다. 또한, 이 특허문헌 2 는 그 공개일이 2018년 8월 15일로서, 본 PCT 출원에 있어서 우선권을 주장하는 일본 특허출원 2018년 5월 30일 출원의 일본 특허출원 2018-114989호 출원보다 이후에 공개된 것이다.

특허문헌 2 에는, 접촉면을 내주면 하부 혹은 바닥부에 구비하고, 그리고 외주면 하부에 나사부를 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 넣어지는 접촉면을 구비한 원반상 팽출부를 상부에 갖는 원통상 공구 장착구를 포함하는 프론트 매스와, 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 원통상 하우징의 나사부가 비틀려 넣어지는 나사부를 내주면 상부에 갖는 링상 균형추를 포함하는 초음파 진동 부여구가 개시되어 있다. 그리고, 상기 링상 균형추의 바람직한 구성으로서, 그 나사부의 하측에 내경이 그 나사부의 내경보다 작은 하측 소직경부가 형성되어 있고, 그 하측 소직경부의 내주면과 원통상 공구 장착구 (프론트 매스를 겸한다) 의 측면 사이에 공극이 형성되어 있는 구성이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 소59-122385 (1984-7-14 공개) PCT/JP2018/004728 (2018년 2월 9일 출원, WO2018/147445A1 로서 2018년 8월 15일 공개)

본 발명의 발명자는 상기한 특허문헌 2 에 기재된 초음파 진동 부여구가 원환상 진동체에 효율적으로 원환상 진행파를 발생시키는 초음파 진동 부여구로서 이용할 수 있을 것이라는 기대를 갖고, 특허문헌 2 에 구체적으로 개시되어 있는 구성의 초음파 진동 부여구를 사용하는 원환상 진동체에 대한 효율이 좋은 원환상 진행파의 발생 상황을 검토하였다. 그러나, 그 원환상 진행파의 발생 상황은 그다지 만족할 수 있는 레벨에 이르지 못했다.

따라서, 본 발명의 과제는 원환상 진동체에 대한 진행파 모드의 초음파 진동을 안정적으로 부여하기 위해서 특히 적합한, 랑주뱅형 초음파 진동자를 구비한 초음파 진동 부여구를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 발명자는, 특허문헌 2 에 기재된 초음파 진동 부여구의 구성을 더욱 검토하는 과정에서, 본 명세서에 첨부된 도 1 내지 도 3 에 기재된 구성의 초음파 진동 부여구를 제작하고, 이 초음파 진동 부여구의 초음파 진동 특성을 조사하였다.

즉, 도 1 ∼ 도 3 에 있어서, 초음파 진동 부여구 (1) 는, 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 (2) ; 원통상 하우징 (2) 의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부 (3) 를 상부에 구비한 프론트 매스 (4) 와 그 프론트 매스 (4) 의 상방에 배치한 리어 매스 (5) 사이에 전극층 (6a, 6b) 을 이용한 분극 처리가 실시된 압전 소자 (6) 를 끼운 상태에서 볼트 (5a) 에 의해서 고정 (볼트 체결) 시킨 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 원통상 하우징 (2) 의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부 (7a) 에 구비하고, 하부 (7b) 에 상기 플랜지부 (3) 의 하면에 접촉하며, 또한 상기 프론트 매스 (4) 의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부 (7c) 를 갖는 링상 균형추 (7) 를 포함하고 ; 상기 원통상 하우징 (2) 의 접촉면과 상기 플랜지부 (3) 의 접촉면이 서로 접촉하는 영역의 상단부가 구성하는 원주 원의 직경 (Hin) 이, 링상 균형추 (7) 의 내측 연장부 (7c) 의 내주 표면이 구성하는 원주 원의 직경 (Nin) 보다 큰 것에 특징을 갖는 초음파 진동 부여구이다.

도 3 에는, 링상 균형추 (7) 의 평면도 (도 3 의 (a)) 와 도 3 의 A - A 선을 따른 단면도 (도 3 의 (b)) 가 나타내어져 있다. 도 3 에 나타낸 링상 균형추 (7) 는, 흔들림 정밀도 조정용의 암나사공을 구비한 타입의 것이다. 그리고, 링상 균형추 (7) 의 두께 방향 (높이 방향) 의 상측에는, 원통상 하우징 (2) 의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면에 구비하는 상부의 영역 (7a) (두께 : 7at), 그리고 플랜지부 (3) 의 하면에 접촉하며, 또한 프론트 매스 (4) 의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부 (7c) 를 구비한 하부 영역 (7b) (두께 : 7bt) 을 갖고 있다.

그리고, 도 1 내지 도 3 에 나타낸 기본 구성을 갖는 초음파 진동 부여구를 프론트 매스 (4) 의 질량을 여러 가지로 변경하여, 그 초음파 진동 부여구들의 초음파 진동 특성을 조사한 결과, 아래에 기재하는 흥미로운 초음파 진동 특성이 판명되었다.

(1) 원통상 하우징의 질량이 랑주뱅형 초음파 진동자와 링상 균형추 중 어느 것보다 큰 질량을 갖고, 그리고 링상 균형추가 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.5 ∼ 1.5 의 범위에 있는 질량을 갖는 경우에는, 랑주뱅형 초음파 진동자의 세로 영차 진동을 여기하기 위한 주파수를 갖는 전기 에너지의 압전 소자에 대한 인가에 의해서, 랑주뱅형 초음파 진동자 전체의 상하 방향의 진동 그리고 랑주뱅형 초음파 진동자 전체의 상하 방향의 진동과 동일 방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 링상 균형추의 외주면에서 일어난다.

(2) 상기 (1) 에서 설명한 초음파 진동 특성을 모식적으로 나타내는 것이, 첨부 도면의 도 4 내지 도 6 이다. 또한, 도 5 는, 도 4 에 나타낸 랑주뱅형 초음파 진동자와 링상 균형추의 진동 모드를 과장시킨 형태로 도시하고 있다.

또한, 도 4 내지 도 6 에 나타내는 진동 모드에서는, 원통상 하우징의 하단부 부근에만 절점 (노드 : 흑색 점으로 나타내어져 있다) (9) 이 나타나고, 랑주뱅형 초음파 진동자는, 전체적으로 상하로 진동하고, 또 플랜지부와 링상 균형추는 상기한 모드로 진동하지만, 그 진동들은 원통상 하우징 (2) 에 거의 전파되지 않으며, 따라서, 원통상 하우징 (2) 은 거의 진동하지 않는다.

(3) 도 7 과 도 8 은, 랑주뱅형 초음파 진동자의 세로 일차 진동을 여기하기 위한 주파수를 갖는 전기 에너지의 압전 소자에 대한 인가에 의해서, 원통상 하우징의 하단부 부근에 절점 (노드) (9) 이 나타나는 진동에 더하여, 랑주뱅형 초음파 진동자의 압전 소자의 부근에 절점 (노드) (10) 을 갖는 세로 일차 진동 (세로 방향의 신축 진동) 이 여기되어, 랑주뱅형 초음파 진동자에 세로 방향의 신축 진동이 나타나는 모습을 나타낸다. 따라서, 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동은, 프론트 매스와 리어 매스가 서로 반대의 방향으로 상하로 진동하는 신축 진동이 되고, 그리고 동시에, 프론트 매스 (4) 의 진동 방향과 동일한 방향으로 돌출하는 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 나타나고, 그리고 이 플랜지부의 평면 중앙부가 휨 진동이 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 링상 균형추의 외주면에서 일어난다.

상기한 도 7 과 도 8 에 나타내는 진동 모드에서도, 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동과 링상 균형추의 진동은 원통상 하우징 (2) 에 거의 전파되지 않으며, 따라서, 원통상 하우징 (2) 은 거의 진동하지 않는다.

(4) 이에 비해서, 원통상 하우징의 질량이 랑주뱅형 초음파 진동자와 링상 균형추 중 어느 것보다 큰 질량을 갖고, 그리고 링상 균형추가 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.25 ∼ 0.75 의 범위에 있는 질량을 갖는 경우에는, 랑주뱅형 초음파 진동자의 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 랑주뱅형 초음파 진동자의 신축 진동 그리고 프론트 매스의 상하 방향의 진동과는 역방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어난다.

(5) 도 9 와 도 10 은, 상기 (4) 의 구성의 초음파 진동 부여구에서 발생되는 초음파 진동의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 도 9 와 도 10 에 나타내는 진동 모드에서도, 프론트 매스, 그리고 플랜지부와 링상 균형추의 진동은 원통상 하우징 (2) 에 거의 전파되지 않으며, 따라서, 원통상 하우징 (2) 은 거의 진동하지 않는다.

이상에 기재한 신규 지견에 기초하여, 본 발명의 발명자는 아래에 기재하는 발명을 완성시켰다.

(발명 1) 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과 동일 방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구.

(발명 2) 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과는 역방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구.

(발명 3) 원환상 진동체, 그리고 그 원환상 진동체에, 그 원주를 따라서 서로 떨어져 배치되고, 접속된 초음파 진동 부여구를 포함하는, 상기 원환상 진동체의 원환을 따른 진행파를 발생시키기 위한 장치로서, 초음파 부여구로서, 상기 발명 1 의 초음파 부여구를 사용하는 장치.

(발명 4) 원환상 진동체, 그리고 그 원환상 진동체에, 그 원주를 따라서 서로 떨어져 배치되고, 접속된 초음파 진동 부여구를 포함하는, 상기 원환상 진동체의 원환을 따른 진행파를 발생시키기 위한 장치로서, 초음파 부여구로서, 상기 발명 2 의 초음파 부여구를 사용하는 장치.

(발명 5) 초음파 진동 부여구 그리고 그 초음파 진동 부여구에 장착된 공구를 포함하는 초음파 가공 장치로서, 초음파 부여구로서, 상기 발명 1 의 초음파 부여구를 사용하는 장치.

(발명 6) 초음파 진동 부여구 그리고 그 초음파 진동 부여구에 장착된 공구를 포함하는 초음파 가공 장치로서, 초음파 부여구로서, 상기 발명 2 의 초음파 부여구를 사용하는 장치.

본 발명의 초음파 진동 부여구의 바람직한 양태를 아래에 기재한다.

(1) 상기 원통상 하우징의 접촉면과 상기 플랜지부의 접촉면이 서로 접촉하는 영역의 상단부가 구성하는 원주 원의 직경 (Hin) 이, 링상 균형추의 내측 연장부의 내주 표면이 구성하는 원주 원의 직경 (Nin) 보다 크다.

(2) 상기 원통상 하우징이 상기 랑주뱅형 초음파 진동자와 상기 링상 균형추 중 어느 것보다 큰 질량을 갖는다.

(3) 발명 1 의 초음파 진동 부여구에 대하여 - 상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.5 ∼ 1.5 의 범위에 있는 질량을 갖는다.

(4) 발명 2 의 초음파 진동 부여구에 대하여 - 상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.25 ∼ 0.75 의 범위에 있는 질량을 갖는다.

초음파 가공 장치에, 본 발명의 초음파 진동 부여구를 장착하여 사용하면, 초음파 진동 부여구로부터의 초음파 가공 장치의 초음파 진동 부여구의 지지 부재 (초음파 가공 장치에 장착하기 위한 지지 부재) 에 대한 초음파 진동 에너지의 누출이 현저하게 저감된다. 이 때문에, 랑주뱅형 초음파 진동자에서 발생된 초음파 진동을, 초음파 진동 부여구에 장착된 공구 혹은 진동체에 높은 효율로, 그리고 높은 안정성을 갖고 전달하는 것이 가능해진다.

또, 원환상의 진동체에 본 발명의 초음파 부여구를 3 개 이상 서로 떨어진 상태에서 장착함으로써, 그 진동체에 원환상의 진행파를 안정적으로 일어나게 할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 초음파 진동 부여구의 예인 평면도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 초음파 진동 부여구의 정면 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 초음파 진동 부여구를 구성하는 링상 균형추의 구성의 예를 나타내는 도면이고, (a) 는 평면도, 그리고 (b) 는 (a) 에 나타낸 A - A 선을 따라서 절단한 정면 단면도이다.
도 4 는, 도 2 에 나타낸 본 발명의 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 발생되는 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동, 프론트 매스의 플랜지부의 진동, 그리고 링상 균형추의 진동의 각각을 도시하는 설명도이다. 또한, 이 도면은 랑주뱅형 초음파 진동자가 진동에 의해서 하강한 위치에 있는 상태를 나타낸다.
도 5 는, 도 4 에 나타낸 본 발명의 초음파 진동 부여구를 구성하는 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동, 프론트 매스의 플랜지부의 진동, 그리고 링상 균형추의 진동의 각각을 도 4 와는 다른 방법으로 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 도 2 에 나타낸 본 발명의 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 발생되는 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동, 프론트 매스의 플랜지부의 진동, 그리고 링상 균형추의 진동의 각각을 도시하는 설명도이다. 또한, 이 도면은 랑주뱅형 초음파 진동자가 진동에 의해서 상승된 위치에 있는 상태를 나타낸다.
도 7 은, 도 2 에 나타낸 초음파 진동 부여구와 유사한 구성의 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 발생되는 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동, 프론트 매스의 플랜지부의 진동, 그리고 링상 균형추의 진동의 각각을 도시하는 설명도이다. 또한, 이 도면의 구성에서는, 랑주뱅형 초음파 진동자의 압전 소자의 위치 부근에 진동의 절점 (노드) 이 나타난다. 그리고, 이 도면은 프론트 매스가 진동에 의해서 하강한 위치에 있는 상태를 나타낸다.
도 8 은, 도 7 에 나타낸 본 발명의 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 발생되는 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동, 프론트 매스의 플랜지부의 진동, 그리고 링상 균형추의 진동의 각각을 도시하는 설명도이다. 또한, 이 도면의 구성에서는, 랑주뱅형 초음파 진동자의 압전 소자의 위치 부근에 진동의 절점 (노드) 이 나타난다. 그리고, 이 도면은 프론트 매스가 진동에 의해서 상승된 위치에 있는 상태를 나타낸다.
도 9 는, 도 2 에 나타낸 초음파 진동 부여구와 유사한 구성 (단, 프론트 매스가 큰 질량을 갖는 점에 있어서 상이하다) 의 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 발생되는 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동, 프론트 매스의 플랜지부의 진동, 그리고 링상 균형추의 진동의 각각을 도시하는 설명도이다. 또한, 이 도면의 구성에서는, 프론트 매스에 진동의 절점 (노드) 이 나타난다. 그리고, 이 도면은 프론트 매스가 진동에 의해서 하강한 위치에 있는 상태를 나타낸다.
도 10 은, 도 9 에 나타낸 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 발생되는 랑주뱅형 초음파 진동자의 진동, 프론트 매스의 플랜지부의 진동, 그리고 링상 균형추의 진동의 각각을 도시하는 설명도이다. 또한, 이 도면의 구성에서는, 프론트 매스에 진동의 절점 (노드) 이 나타난다. 그리고, 이 도면은 프론트 매스가 진동에 의해서 상승된 위치에 있는 상태를 나타낸다.
도 11 은, 본 발명의 초음파 진동 부여구를, 프론트 매스가 플랜지부를 개재하여, 링상 균형추와 일체화된 구성으로서 나타내는 도면이다.
도 12 는, 본 발명의 초음파 진동 부여구를 원환상 연마구에 장착하여 구성한 연마 장치의 평면도를 나타낸다.
도 13 은, 도 12 에 나타낸 연마 장치의 정면 단면도를 나타낸다.
도 14 는, 도 12 와 도 13 에 나타낸 연마 장치에 장착된 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 원환상 연마구에 발생되는 원환상 진행파의 모드를 나타내는 모식도이다.
도 15 는, 본 발명의 초음파 진동 부여구를 절삭구 (원환상 블레이드) 에 장착하여 구성한 절삭 장치의 평면도를 나타낸다.
도 16 은, 도 15 에 나타낸 절삭 장치의 정면 단면도를 나타낸다.
도 17 은, 도 15 와 도 16 에 나타낸 절삭 장치에 장착된 초음파 진동 부여구에 전기 에너지를 인가했을 때에 절삭구 (원환상 블레이드) 에 발생되는 원환상 진행파의 모드를 나타내는 모식도이다.

아래에 도 1 내지 도 10 을 참조하여, 본 발명의 초음파 진동 부여구의 자세한 설명을 기재한다.

도 1 과 도 2 는, 본 발명의 특징적인 모드의 초음파 진동의 발생이 가능한 초음파 진동 부여구의 대표적인 구성예를 나타내는 도면이다. 이 도 1 과 도 2 에 나타낸 초음파 진동 부여구의 구성에 대해서는 본 명세서에 앞서 기재하였다. 즉, 도 1 과 도 2 에 나타낸 초음파 진동 부여구는, 특허문헌 2 에 기재된 초음파 진동 부여구와 기본 구성은 동일하다.

단, 도 1 과 도 2 에 나타낸 초음파 진동 부여구는, 원통상 하우징 (2) 의 접촉면과 플랜지부 (3) 의 접촉면이 서로 접촉하는 영역의 상단부가 구성하는 원주 원의 직경 (Hin) 이, 링상 균형추 (8) 의 내측 연장부 (7) 의 내주 표면이 구성하는 원주 원의 직경 (Nin) 보다 큰 것에 특징을 갖는 초음파 진동 부여구인 점에서, 특허문헌 2 에 기재된 초음파 진동 부여구와는 상이하다. 또한, 본원의 첨부한 각 도면에 나타내어져 있는 초음파 진동 부여구의 랑주뱅형 초음파 진동자에 장착되어 있는 압전 소자에는, 당연하지만, 실제로는 전기 에너지를 공급하기 위한 배선 시스템이 부속되어 있다. 그러나, 그러한 배선 시스템의 도시는 번잡해지기 때문에 각 도면에서는 생략하였다.

도 3 에 대해서도 이미 설명을 기재하였다.

도 4 내지 도 10 은, 본 발명의 초음파 진동 부여구의 다양한 구성, 그리고 그 구성들의 초음파 진동 부여구의 압전 소자에 전기 에너지를 인가했을 때에 나타나는 랑주뱅형 초음파 진동자의 세로 방향의 진동, 프론트 매스의 플랜지부에 나타나는 휨 진동, 그리고 링상 균형추에 나타나는 호상의 진동 방향을 모식적으로 나타내는 도면이고, 각 도면에 대한 설명은 본 명세서에서 앞서 기재하였다.

또한, 첨부 도면의 도 1 내지 도 10 에서는, 플랜지부를 구비한 프론트 매스와 링상 균형추를 각각 별체로 하여 제작한 초음파 진동 부여구를 나타냈지만, 플랜지부를 구비한 프론트 매스와 링상 균형추는 일체로 하여 제작해도 당연히 동일한 효과가 얻어진다. 그와 같은 구성을 도 11 에 나타낸다. 즉, 프론트 매스 (4) 와 링상 균형추 (7) 는, 그것들을 접속하는 링상 균형추의 연장부 (7d) 와, 그 연장부 (7d) 와 일체화된 프론트 매스의 플랜지부 (7e) 에 의해서 전체적으로 일체화되어 있다. 단, 도 11 에 나타낸 초음파 진동 부여구는, 그 제작이 용이하지 않은 점에서 실용성이 부족하다고 생각된다.

다음으로, 본 발명의 초음파 진동 부여구를 사용하여 원환상 진행파 모드의 초음파 진동을 발생시키는 방법을 기재한다. 원환상 진행파 모드는 진행파가 전파되는 방향으로는 진동의 절점 (노드) 이 나타나지 않고, 또 대형 진동체여도 여기가 가능하기 때문에, 대형 진동체의 초음파 가공의 실시에는 유리해진다.

원환상 진행파 모드는, 후술하는 도 14 와 도 17 의 각각에 모식적으로 기재된 도면에 나타나 있는 바와 같이, 원환상 진동체의 반경 방향과 직교하는 방향으로 휘는 모드의 진행파 그리고 원환상 진동체의 반경 방향으로 휘는 모드의 진행파의 2 종이 있다. 그리고, 어느 모드의 진행파라도, 그 진행파를 발생시키기 위해서는, 원환상 진동체의 표면에 3 개 이상의 초음파 진동 부여구를 서로 떨어진 상태, 바람직하게는 동일 거리로 떨어진 상태로 장착할 필요가 있다. 또, 일반적으로는, 진동체의 크기가 커질수록 장착할 초음파 진동 부여구의 개수를 증가시킬 필요가 있다.

원환상 진행파 모드의 초음파 진동을 부여하여 연마 가공을 행하는 초음파 가공 장치 (연마 장치) 의 구성의 예를 도 12 와 도 13 에 나타낸다. 도 12 는 연마 장치의 평면도를 나타낸다. 도 13 은 도 12 에 나타낸 연마 장치의 A - A 선을 따라서 절단한 정면 단면도이다.

본 발명의 초음파 부여 장치를 이용하는 연마 장치에서 원환상 진행파 모드의 초음파 진동을 발생시키기 위해서, 도 12 와 도 13 에 나타낸 연마 장치에서는, 합계 4 개의 초음파 부여 장치 (1) (1a, 1b, 1c, 1d) 가 사용되고, 그리고 회전판 (11) 에 서로 90°떨어진 상태에서, 각 초음파 부여 장치 (1) 의 하우징이 볼트에 의해서 장착된다. 본 발명의 초음파 부여 장치를 사용함으로써, 전술한 바와 같이, 랑주뱅형 초음파 진동자에서 발생된 초음파 진동은 하우징으로 거의 누출되는 경우는 없다. 그리고, 링상 균형추를 장착한 초음파 부여 장치는 높은 강성을 나타내기 때문에 회전판 (11) 에 높은 강성을 수반하여 장착된다.

이어서, 각 초음파 부여 장치 (1a, 1b, 1c, 1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자의 프론트 매스의 정상면에, 표면에 원환상 지석면 (13) 이 형성된 원환상 연마판 (14) 을 볼트를 사용하여 장착한다. 이와 같은 구성의 연마 장치를 사용한 연마 작업에 있어서, 원환상 연마판 (14) 의 표면에 형성된 원환상 지석면 (13) 에 큰 기계적 부하가 걸려도, 안정적인 상태의 원환상 진행파 모드의 초음파 진동을 공급할 수 있다.

연마 작업을 개시할 때에는, 먼저 원환상 연마판 (14) 의 원환상 지석면 (13) 에 연삭액을 분무하고, 이어서, 초음파 발신 회로로부터 초음파 부여 장치 (1) (1a, 1b, 1c, 1d) 의 각각의 랑주뱅형 초음파 진동자에 아래의 방법으로 소정 전압과 주파수를 갖는 전기 에너지를 인가한다.

즉, 예를 들어, 초음파 부여 장치 (1a) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 Cos 파 전압, 초음파 부여 장치 (1b) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 Sin 파 전압, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 -Cos 파 전압, 그리고 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 -Sin 파 전압을 각각 인가한다. 각 초음파 부여 장치의 랑주뱅형 초음파 진동자의 각각에 이와 같은 방법으로 상이한 종류의 전압을 인가함으로써, 도 14 의 모식도에 나타나 있는 바와 같이, 원환상 연마판 (14) 의 표면에 그 반경 방향과 직교하는 방향으로 휘는 모드의 진행파가 발생된다.

이어서, 회전축 (12) 을 회전시켜, 미리 결정되어 있는 가공 프로그램에 따라서 연마 대상의 재료를 연마한다.

또한, 랑주뱅형의 구동에 있어서, 실제로는 구동의 위상을 2 상으로 하는 편이 구동 회로를 간략화할 수 있기 때문에, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 -Cos 파 전압을 인가하는 대신에, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 장착하는 압전 소자를 역방향에 배치하여, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 Cos 파 전압을 인가하는 방법도 이용할 수 있다. 또, 동일하게, 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 -Sin 파 전압을 인가하는 대신에, 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 장착하는 압전 소자를 역방향으로 배치하여, 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 Sin 파 전압을 인가하는 방법도 이용할 수 있다.

다음으로 원환상 진행파 모드의 초음파 진동을 부여하여 연삭 가공을 행하는 초음파 가공 장치 (연삭 장치) 의 구성의 예를 도 15 와 도 16 에 나타낸다. 도 15 는 연삭 장치의 평면도를 나타낸다. 도 16 은 도 13 에 나타낸 연삭 장치의 정면 단면도이다.

본 발명의 초음파 부여 장치를 이용하는 연삭 장치에서 원환상 진행파 모드의 초음파 진동을 발생시키기 위해서, 도 15 와 도 16 에 나타낸 연삭 장치에서는, 합계 4 개의 초음파 부여 장치 (1) (1a, 1b, 1c, 1d) 가 사용된다. 그리고 회전판 (15) 에 서로 90°떨어진 상태에서, 각 초음파 부여 장치 (1) 의 하우징을 볼트에 의해서 장착한다. 본 발명의 초음파 부여 장치를 사용함으로써, 전술한 바와 같이, 랑주뱅형 초음파 진동자에서 발생된 초음파 진동은 하우징으로 거의 누출되는 경우는 없다. 그리고, 링상 균형추를 장착한 초음파 부여 장치는 높은 강성을 나타내기 때문에, 회전판 (15) 에 높은 강성을 수반하여 장착된다.

이어서, 각 초음파 부여 장치 (1a, 1b, 1c, 1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자의 프론트 매스의 정상면에 형성한 단차에 원환상 절삭 지석 (블레이드) (16) 을 장착한다. 이와 같은 구성의 연삭 장치를 사용한 연삭 작업에 있어서, 원환상 절삭 지석 (블레이드) (16) 에 큰 기계적 부하가 걸려도, 안정적인 상태의 원환상 진행파 모드의 초음파 진동을 공급할 수 있다.

연삭 작업을 개시할 때에는, 먼저 원환상 절삭 지석 (블레이드) (16) 에 연삭액을 분무하고, 이어서, 초음파 발신 회로로부터 초음파 부여 장치 (1) (1a, 1b, 1c, 1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 소정 전압과 주파수를 갖는 전기 에너지를 인가한다.

초음파 부여 장치 (1) (1a, 1b, 1c, 1d) 의 각 랑주뱅형 초음파 진동자에는, 소정 전압과 주파수를 갖는 전기 에너지를 인가한다. 즉, 예를 들어, 초음파 부여 장치 (1a) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 Cos 파 전압, 초음파 부여 장치 (1b) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 Sin 파 전압, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 -Cos 파 전압, 그리고 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에는 -Sin 파 전압을 각각 인가한다. 각 초음파 부여 장치의 랑주뱅형 초음파 진동자의 각각에 이와 같은 방법으로 상이한 종류의 전압을 인가함으로써, 도 17 에 모식적으로 기재된 도면에 나타나 있는 바와 같이, 원환상 절삭 지석 (블레이드) (16) 의 표면에 그 반경 방향으로 휘는 모드의 진행파가 발생된다. 단, 도 17 에 나타낸 진행파의 모드는, 6 개 (혹은 12 개) 의 초음파 부여 장치를 장착한 경우에 얻어지는 진행파이다.

또한, 이 연삭 장치에 의한 연삭 작업을 실시할 때에도, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 -Cos 파 전압을 인가하는 대신에, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 장착하는 압전 소자를 역방향으로 배치하여, 초음파 부여 장치 (1c) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 Cos 파 전압을 인가하는 방법, 그리고, 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 -Sin 파 전압을 인가하는 대신에, 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 장착하는 압전 소자를 역방향으로 배치하여, 초음파 부여 장치 (1d) 의 랑주뱅형 초음파 진동자에 Sin 파 전압을 인가하는 방법도 이용 가능하다.

이어서, 회전축 (15) 을 회전시켜, 미리 결정된 가공 프로그램에 따라서 연삭 대상의 재료의 연삭을 실시한다.

또, 지금까지 기재한 본 발명의 초음파 부여 장치의 원환상 진행파 모드의 초음파 진동의 여기 이외에도, 본 발명의 초음파 부여 장치는 당연히 종래부터 일반적으로 이용되고 있는 모드의 초음파 진동의 부여에도 유효하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 물품의 반송에 사용하는 피더, 초음파 부상 장치, 초음파 지립 가공 장치 등에서도 본 발명의 초음파 부여 장치를 유효하게 이용할 수 있다.

Claims

하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과 동일 방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구.
하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과는 역방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원통상 하우징의 접촉면과 상기 플랜지부의 접촉면이 서로 접촉하는 영역의 상단부가 구성하는 원주 원의 직경이 링상 균형추의 내측 연장부의 내주 표면이 구성하는 원주 원의 직경보다 큰 초음파 진동 부여구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원통상 하우징이 상기 랑주뱅형 초음파 진동자와 상기 링상 균형추 중 어느 것보다 큰 질량을 갖는 초음파 진동 부여구.
제 1 항에 있어서,
상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.5 ∼ 1.5 의 범위에 있는 질량을 갖는 초음파 진동 부여구.
제 2 항에 있어서,
상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.25 ∼ 0.75 의 범위에 있는 질량을 갖는 초음파 진동 부여구.
원환상 진동체, 그리고 그 원환상 진동체에, 그 원주를 따라서 서로 떨어져 배치되고, 접속된 초음파 진동 부여구를 포함하는, 상기 원환상 진동체의 원환을 따른 진행파를 발생시키기 위한 장치로서,
상기 초음파 진동 부여구가, 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과 동일 방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구인 것을 특징으로 하는 장치.
원환상 진동체, 그리고 그 원환상 진동체에, 그 원주를 따라서 서로 떨어져 배치되고, 접속된 초음파 진동 부여구를 포함하는, 상기 원환상 진동체의 원환을 따른 진행파를 발생시키기 위한 진행파를 발생시키는 장치로서, 상기 초음파 진동 부여구가, 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과는 역방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구인 것을 특징으로 하는 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 원통상 하우징의 접촉면과 상기 플랜지의 접촉면이 서로 접촉하는 영역의 상단부가 구성하는 원주 원의 직경이 링상 균형추의 내측 연장부의 내주 표면이 구성하는 원주 원의 직경보다 큰 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 원통상 하우징이 상기 랑주뱅형 초음파 진동자와 상기 링상 균형추 중 어느 것보다 큰 질량을 갖는 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.5 ∼ 1.5 의 범위에 있는 질량을 갖는 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.25 ∼ 0.75 의 범위에 있는 질량을 갖는 장치.
초음파 진동 부여구 그리고 그 초음파 진동 부여구에 장착된 공구를 포함하는 초음파 가공 장치로서, 상기 초음파 진동 부여구가, 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과 동일 방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구인 것을 특징으로 하는 장치.
초음파 진동 부여구 그리고 그 초음파 진동 부여구에 장착된 공구를 포함하는 초음파 가공 장치로서, 상기 초음파 진동 부여구가, 하방을 향하여 확대되는 접촉면을 내주면 하부에 갖고, 외주면 하부에 나사면을 구비한 원통상 하우징 ; 그 원통상 하우징의 상기 접촉면에 끼워 맞추어져 있는 접촉면을 갖는 플랜지부를 상부에 구비한 프론트 매스와 그 프론트 매스의 상방에 배치한 리어 매스 사이에 분극 처리 완료된 압전 소자를 끼운 상태에서 볼트 체결한 구성의 랑주뱅형 초음파 진동자 ; 그리고, 상기 원통상 하우징의 외주면 하부의 나사면이 비틀어 넣어져 있는 나사면을 내주면의 상부에 구비하고, 하부에 상기 플랜지부의 하면에 접촉하고, 상기 프론트 매스의 측면에는 접촉하는 경우가 없는 내주측 연장부를 갖는 링상 균형추를 포함하고 ; 상기 압전 소자에 대한 전기 에너지의 인가에 의해서, 상기 프론트 매스의 상하 방향의 진동 그리고 그 프론트 매스의 상하 방향의 진동과는 역방향으로 돌출하는 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동이 일어나고, 그리고 동시에, 상기 플랜지부의 평면 중앙부의 휨 진동에 의해서 돌출되는 방향과는 역방향인 원호상의 진동이 상기 링상 균형추의 외주면에서 일어나는 초음파 진동 부여구인 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 원통상 하우징의 접촉면과 상기 플랜지의 접촉면이 서로 접촉하는 영역의 상단부가 구성하는 원주 원의 직경이 링상 균형추의 내측 연장부의 내주 표면이 구성하는 원주 원의 직경보다 큰 초음파 가공 장치.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 원통상 하우징이 상기 랑주뱅형 초음파 진동자와 상기 링상 균형추 중 어느 것보다 큰 질량을 갖는 초음파 가공 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.5 ∼ 1.5 의 범위에 있는 질량을 갖는 초음파 가공 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 링상 균형추가 상기 랑주뱅형 초음파 진동자의 질량을 1 로 했을 때, 0.25 ∼ 0.75 의 범위에 있는 질량을 갖는 초음파 가공 장치.