TW201726268A - 超音波放大器 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種容易設置握持部且容易安裝加工用頭之超音波放大器。本發明之生成超音波振動之超音波放大器1，具備：振動產生部，根據自振盪器輸入之具有超音波頻帶之頻率的訊號，產生具有超音波頻帶之頻率之縱向振動；振動放大部4，傳遞上述縱向振動且使其放大；及複數個縱向-扭轉振動轉換狹縫5，呈溝槽狀形成於上述振動放大部4之表面，且將上述縱向振動轉換為扭轉振動；上述振動放大部4係俯視時呈多角形形狀，具有複數個設有上述縱向-扭轉振動轉換狹縫5之面，且具有未設置上述縱向-扭轉振動轉換狹縫5之面。

Description

超音波放大器
本發明係關於一種超音波放大器。
例如，專利文獻1中揭示了一種於桿體之周面設有將縱向振動轉換為扭轉振動之縱向-扭轉振動轉換部(狹縫)的超音波複合振動裝置。根據此種超音波複合振動產生裝置，能複合地產生縱向之振動與扭轉方向之振動。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-111508號公報
然而，超音波複合振動裝置係藉由設置握持部、且於前端安裝加工用頭，而用作為超音波加工機。專利文獻1中揭示之超音波複合振動裝置中，縱向-扭轉振動轉換部呈周狀設於桿體之周面。故而，握持部及加工用頭之設置位置係受到縱向-扭轉轉換部之限制，不易於縱向-扭轉轉換部之附近設置握持部及加工用頭。
本發明係鑒於上述問題而完成，其目的在於提供一種容易設置握持部且容易安裝加工用頭之超音波放大器。
為了達成上述目的，本發明中，作為第1手段，採用如下構成：其係一種生成超音波振動之超音波放大器，其特徵在於，具備：振動產生部，根據自振盪器輸入之具有超音波頻帶之頻率的訊號，產生具有超音波頻帶之頻率之縱向振動；振動放大部，傳遞上述縱向振動且使其放大；及複數個縱向-扭轉振動轉換狹縫，呈溝槽狀形成於上述振動放大部之表面，且將上述縱向振動轉換為扭轉振動；上述振動放大部係俯視時呈多角形形狀，具有複數個設有上述縱向-扭轉振動轉換狹縫之面，且具有未設置上述縱向-扭轉振動轉換狹縫之面。
作為第2手段，於上述第1手段中，採用如下構成：上述縱向-扭轉振動轉換狹縫係以相對於上述縱向振動之傳遞方向傾斜之方式形成。
作為第3手段，於上述第1或第2手段中，採用如下構成：上述振動放大部係俯視時呈矩形形狀，上述縱向-扭轉振動轉換狹縫設於上述振動放大部之相對向的2個面。
作為第4手段，於上述第1至3之任一手段中，採用如下構成：上述振動產生部產生單一頻率之上述縱向振動。
根據本發明，振動放大部係俯視時呈多角形形狀，於複數個面設有縱向-扭轉振動轉換狹縫，且具有未設置縱向-扭轉振動轉換狹縫之面。藉由在複數個面設置縱向-扭轉振動轉換狹縫，能將縱向振動轉換為扭轉振動。此外，於未設置縱向-扭轉振動轉換狹縫之面，可設置握持 部及加工用頭。
1‧‧‧超音波放大器
2‧‧‧振盪器
3‧‧‧振動子
4‧‧‧振動放大部
4A‧‧‧上表面
4B‧‧‧底面
4C‧‧‧側面
4D‧‧‧側面
4E‧‧‧端面
4F‧‧‧端面
5‧‧‧縱向-扭轉振動轉換狹縫
5a‧‧‧上側狹縫
5b‧‧‧下側狹縫
圖1係示意性表示本發明之一實施形態之超音波放大器之俯視圖。
圖2係包含本發明之一實施形態中之振動放大部及縱向-扭轉振動轉換狹縫的立體圖。
圖3係表示本發明之一實施形態之超音波放大器之瞬時振動方向的圖，圖3(a)為俯視圖，圖3(b)為側視圖，圖3(c)為仰視圖，圖3(d)為縱向振動傳遞方向上之側視圖。
圖4係表示本發明之一實施形態中之振動放大部之變形例的圖，圖4(a)為立體圖，圖4(b)為設有縱向-扭轉振動轉換狹縫之位置上之剖面圖。
以下，參照圖式，對於本發明之超音波放大器之一實施形態進行說明。
圖1係示意性表示本實施形態之超音波放大器1之俯視圖。
超音波放大器1係根據來自振盪器2之訊號輸入而振動之裝置。該超音波放大器1係如圖1所示，具備振動子3、振動放大部4及縱向-扭轉振動轉換狹縫5。振盪器2將振動子3之驅動頻率之訊號輸入至振動子3。振動子3根據自振盪器2輸入之具有超音波頻帶之頻率的訊號而激發例如40kHz之超音波之縱向振動的裝置，且與振動放大部4連接。振盪器2及振動子3使超音波放大器1產生單一頻率之縱向振動。該振動子3相當於本發 明中之振動產生部。再者，驅動頻率之範圍例如為10kHz~200kHz之超音波之頻帶。
圖2係包含本實施形態中之振動放大部4及縱向-扭轉振動轉換狹縫5的立體圖。
如圖2所示，振動放大部4成為具有俯視時為等腰梯形形狀之上表面4A及底面B且剖面為實心的四角柱形狀。其上表面4A及底面4B係相對向，且形成有縱向-扭轉振動轉換狹縫5。此外，振動放大部4具有未形成縱向-扭轉振動轉換狹縫5之面，即，側面4C、側面4D、端面4E及端面4F。
側面4C及側面4D係相對向，當將超音波放大器1用作超音波加工機時，能於側面4C及側面4D之縱向振動之波節(node)之位置設置握持部。端面4E及端面4F位於彼此平行之位置，且俯視時呈矩形形狀。端面4E抵接於振動子3。此外，端面4F之面積設定為小於端面4E之面積。再者，亦可於該端面4F安裝加工用頭。即，振動放大部4相對於縱向振動之傳遞方向而形成為朝向端面4F被施以錐形的尖細形狀。該振動放大部4係使自振動子3傳遞之縱向振動之振幅放大的構件。
如圖2所示，縱向-扭轉振動轉換狹縫5具有形成於上表面4A之2條上側狹縫5a、及形成於底面4B之2條下側狹縫5b。該等縱向-扭轉振動轉換狹縫5係以所有狹縫之深度及寬度相同之方式設定。再者，上側狹縫5a及下側狹縫5b並不貫穿振動放大部4。此外，所有縱向-扭轉振動轉換狹縫5之最大深度未達振動放大部4之上下方向之厚度的1/2。此外，較佳為：縱向-扭轉振動轉換狹縫5設於振動放大部4之成為縱向振 動之波節的位置。
此外，2條上側狹縫5a係平行地鄰接，且以相對於縱向振動傳遞方向(圖1及圖2中所示之箭頭A方向)傾斜45°之方式形成。2條下側狹縫5b平行地鄰接，且以相對於縱向振動傳遞方向往與上側狹縫5a之傾斜方向相反之方向傾斜45°之方式形成。即，當自上表面4A側觀察時，上側狹縫5a與下側狹縫5b係以縱向振動之傳遞方向為中心呈線對稱地配置。該縱向-扭轉振動轉換狹縫5係將由振動子3傳遞之縱向振動轉換為扭轉振動。再者，較佳為：上側狹縫5a及下側狹縫5b相對於縱向振動傳遞方向以10°~80°之範圍傾斜地形成。
該超音波放大器1為同時生成如下兩種振動之裝置，即，由振動子3生成之超音波之縱向振動、及由縱向-扭轉振動轉換狹縫5生成之超音波之扭轉振動。
繼而，對於本實施形態之超音波放大器1之動作進行說明。圖3係表示本實施形態中之振動放大部4之瞬時振動方向的圖，圖3(a)為俯視圖，圖3(b)為側視圖，圖3(c)為仰視圖，圖3(d)為縱向振動傳遞方向上之端面圖(側視圖)。再者，圖3之實線之箭頭表示縱向振動，虛線之箭頭表示扭轉振動。
當驅動超音波放大器1時，自振盪器2向振動子3輸入訊號，激發振動子3之超音波縱向振動。如圖3所示，於振動放大部4中，縱向振動係自與振動子3抵接之端面4E側起傳遞。已傳遞至振動放大部4之縱向振動會通過縱向-扭轉振動轉換狹縫5，從而使縱向振動之傳遞方向變化。
此時，縱向-扭轉上表面4A側之到達上側狹縫5a的縱向振動係藉由上側狹縫5a而使傳遞方向向朝向側面4D之向彎折，從而轉換為彎曲振動。此外，底面4B側之到達下側狹縫5b的縱向振動係藉由下側狹縫5b而向朝向側面4C之方向彎折，從而轉換為彎曲振動。
藉此，如圖3所示，已通過上側狹縫5a之彎曲振動與已通過下側狹縫5b之彎曲振動係彼此向相反之方向傳遞，故而，藉由振動放大部4而成為以縱向振動傳遞方向為軸扭轉的扭轉振動。即，縱向振動通過上側狹縫5a及下側狹縫5b而產生扭轉振動，該振動於整個超音波放大器1內傳播，藉此，成為縱向-扭轉振動。因此，振動放大部4中，生成縱向振動與扭轉振動兩種振動。再者，圖3所示之箭頭表示瞬時振動之方向，縱向振動及扭轉振動之方向不斷反轉。
如上所述之本實施形態之超音波放大器1中，於振動放大部4之上表面4A及底面4B形成有縱向-扭轉振動轉換狹縫5，且於側面4C及側面4D未形成縱向-扭轉振動轉換狹縫5。藉此，可利用設於2面之縱向-扭轉振動轉換狹縫5來將縱向振動轉換為扭轉振動。此外，於未設置縱向-扭轉振動轉換狹縫5之側面4C及側面4D，可固定加工用頭。
此外，藉由在振動放大部4形成縱向-扭轉振動轉換狹縫5，從而無需桿體。藉此，能使本實施形態之超音波放大器1之構造簡化。因此，超音波放大器1能更有效率地傳遞振動。
此外，根據本實施形態之超音波放大器1，當於縱向振動傳遞方向上俯視時，振動放大部4為矩形形狀。故而，於形成縱向-扭轉振動轉換狹縫5時之加工中，無需特殊工具。
此外，根據本實施形態之超音波放大器1，縱向-扭轉振動轉換狹縫5設於上表面4A、及與上表面4A對向之底面4B。藉此，上表面4A側之彎曲振動與底面4B側之彎曲成分的強度程度相同。因此，能穩定地產生扭轉振動。
進一步地，本實施形態中之縱向-扭轉振動轉換狹縫5係以相對於縱向振動傳遞方向傾斜45°之方式形成。藉此，到達上側狹縫5a及下側狹縫5b之縱向振動係垂直折曲而成為彎曲振動，故而，彎曲振動成分之強度大。因此，縱向-扭轉振動轉換狹縫5能有效率地將縱向振動轉換為扭轉振動。
此外，能於未形成縱向-扭轉振動轉換狹縫5之面即側面4C及側面4D設置握持部，且固定加工用頭。側面4C與側面4D係設於相對向之位置，故而，能藉由將加工用頭固定於兩面而穩定地支撐加工用頭。
此外，根據本實施形態之超音波放大器1，振盪器2及振動子3產生單一頻率之縱向振動。即，超音波放大器1能利用單一頻率之縱向振動而產生縱向振動及扭轉振動。因此，無需按振動之各個種類而設置振盪器2及振動子3，從而能使超音波放大器1之構造簡化。
再者，本發明並不限於上述實施形態，可思及例如以下之變形例。
(1)上述實施形態中，縱向-扭轉振動轉換狹縫5係形成於上表面4A及底面4B，但本發明並不限於此。
圖4係表示實施形態中之振動放大部4之變形例的圖，圖4(a)為立體圖，圖4(b)為設有縱向-扭轉振動轉換狹縫5之位置上之剖面圖。如 圖4(a)所示，縱向-扭轉振動轉換狹縫5亦可設於側面4C及側面4D。
再者，當於側面4C及側面4D形成縱向-扭轉振動轉換狹縫5時，包括如下兩種情況：如圖4(b)之實線所示，以朝向垂直於側面4C及側面4D之方向之方式形成；及，如圖4(b)之虛線所示，以垂直於縱向振動之傳遞方向之方式形成。
(2)此外，上述實施形態中，雖振動放大部4設為四角柱，端面4E及端面4F設為矩形形狀，但本發明並不限於此。端面4E及端面4F亦可為例如三角形、或五角形等多角形。
(3)此外，上述實施形態中，縱向-扭轉振動轉換狹縫5形成於側面4C及側面4D該2個面，但本發明並不限於此。當端面4E及端面4F為四邊形以上之多角形時，縱向-扭轉振動轉換狹縫5亦可形成於2個面以上。
(4)此外，上述實施形態中，縱向-扭轉振動轉換狹縫5係以相對於縱向振動之傳遞方向傾斜45°之方式形成，但本發明並不限於此。縱向-扭轉振動轉換狹縫5亦可以相對於縱向振動之傳遞方向傾斜例如30°之方式形成。此時，上側狹縫5a係以相對於縱向振動傳遞方向(圖2所示之箭頭A)向右傾斜30°之方式形成，下側狹縫5b係以相對於縱向振動傳遞方向(圖2所示之箭頭A)向左傾斜30°之方式形成。藉此，彎曲振動之強度程度相同，故而，可獲得穩定的扭轉振動。
(5)此外，上述實施形態中，係於未設置縱向-扭轉振動轉換狹縫5之面(側面4C及側面4D)設置握持部、且安裝加工用頭，但本發明並不限於此。亦可於設有縱向-扭轉振動轉換狹縫5之面(上表面 4A及底面4B)，在不抵接於縱向-扭轉振動轉換狹縫5之位置設置握持部、且安裝加工用頭。
(6)此外，上述實施形態中，雖對於振動放大部4之1個面，各2條上側狹縫5a及下側狹縫5b分別設於上表面4A及底面4B，但本發明並不限於此。
(7)此外，上述實施形態中，雖所有縱向-扭轉振動轉換狹縫5之深度及寬度相同，但本發明並不限於此。狹縫之深度、寬度及形狀可根據振動放大部4之形狀等變更。
(8)此外，上述實施形態中，雖振盪器2僅設有1個，但本發明並不限於此。亦可設置複數個振盪器2，且對振動子3施加複數種頻率。再者，當設置複數個振盪器2時，亦可於振盪器2與振動子3之間設置加法器或乘法器。
[產業上之可利用性]
本發明適合作為打線接合裝置中使用之超音波放大器。進一步地，本發明亦可利用於對熔接裝置等之超音波振動賦予對象物之裝置。
3‧‧‧振動子
4‧‧‧振動放大部
4A‧‧‧上表面
4B‧‧‧底面
4C‧‧‧側面
4D‧‧‧側面
4E‧‧‧端面
4F‧‧‧端面
5‧‧‧縱向-扭轉振動轉換狹縫
5a‧‧‧上側狹縫
5b‧‧‧下側狹縫

Claims (4)

  1. 一種超音波放大器，係生成超音波振動，其特徵在於，具備：振動產生部，根據自振盪器輸入之具有超音波頻帶之頻率的訊號，產生具有超音波頻帶之頻率的縱向振動；振動放大部，傳遞上述縱向振動且使其放大；及複數個縱向-扭轉振動轉換狹縫，呈溝槽狀形成於上述振動放大部之表面，且將上述縱向振動轉換為扭轉振動；上述振動放大部係俯視時呈多角形形狀，具有複數個設有上述縱向-扭轉振動轉換狹縫之面，且具有未設置上述縱向-扭轉振動轉換狹縫之面。
  2. 如申請專利範圍第1項之超音波放大器，其中，上述縱向-扭轉振動轉換狹縫係以相對於上述縱向振動之傳遞方向傾斜之方式形成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之超音波放大器，其中，上述振動放大部係俯視時呈矩形形狀；上述縱向-扭轉振動轉換狹縫，設於上述振動放大部之相對向的2個面。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之超音波放大器，其中，上述振動產生部產生單一頻率之上述縱向振動。
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