TWM567669U - 超音波加工裝置(二) - Google Patents

Abstract

一種超音波加工裝置包括一機台，一固定座，一可轉動地安裝在該固定座內的轉軸，一安裝於該轉軸且隨其一起旋轉的振動單元，以及一驅動該轉軸轉動的電動機。該軸桿一端連接一振幅桿，而另一端套接一絕緣套管，該絕緣套管套接一導電環和一導電軸承，並將該導電軸承套設於一絕緣環內；其中設於該固定座的一電連接器的一第一導線穿過該絕緣環，並耦接於與該導電環形成電性連接的該導電軸承，而該電連接器的一第二導線耦接於該本體，並與該等軸承與該振幅桿形成電性連接；該導電環的一第三導線耦接於該振動單元的一導電片組的至少一第一導電片，該導電片組的至少一第二導電片與該振幅桿接觸；該振動單元的複數個壓電片在該電連接器所提供的一高頻電壓作用下於軸向形成高頻振動。

Description

超音波加工裝置(二)

本案係有關一種超音波加工裝置，尤指一種具有高頻振動功能，且可依加工需求更換電動機的超音波加工裝置。

按加工機的超音波傳動主軸主要是利用振盪器，例如壓電片的高頻振動，使得裝設於傳動主軸刀具能產生高頻振盪，讓刀具能有效地降低切削阻力，以便將待加工工件表面的微粒一一分離。當待加工工件為又硬又脆的材料，例如玻璃、陶瓷、二氧化鋯…時，若能以超音波傳動主軸來進行加工，不但可使加工所產生的碎屑變得更為細薄，同時能延長刀具使用壽命。

再者，當超音波傳動主軸進行高頻振動加工時，刀具因振動源的加入，所以刀具與待加工工件接觸時，刀具除了主軸旋轉外又增加了軸向高頻振動，使得刀具在雙重運動下，促進了待加工工件的材料切除。因此，超音波傳動主軸具有減輕加工阻力、提高加工效率、改善待加工工件的加工面粗糙度、刀具本身因振動而不沾黏切削殘屑，延長刀具使用壽命的優點，所以目前超音波傳動主軸已廣泛地被產業界所採用。

習知超音波傳動主軸內設一電動機以驅動一轉軸旋轉作動。該電動機係在該超音波傳動主軸的一固定座的內周面設有一定子，並在該轉軸的外周面套設一轉子，該定子取得一直流電源後利用電磁作用，使得該轉子帶動該轉軸旋轉。

該電動機依據加工的不同需求而分別提供高速高扭力或低速高扭力的輸出。也就是說，該超音波傳動主軸欲產生不同轉速和扭力輸出，只有更換電動機一途，亦即必須將該轉子及該定子卸除後，再更換成能夠輸出所欲轉速和扭力的新轉子及新定子。而該轉子及該定子的更換工序幾乎是將該超音波傳動主軸整機的拆卸與組裝，並非加工廠的操作人員所能勝任。因此，習知的加工廠需準備多款不同轉速和扭力輸出的超音波傳動主軸，以因應不同的加工需求，而亟待改善。

再者，如本國專利公告第M534047號專利案之「自潔式電氣旋轉主軸結構」所示，其包括一主軸；一套接於該主軸上的導電套組，該導電套組具有兩導電環；一供電套組，其具有一碳刷環座及兩碳刷件，該碳刷環座套置於該導電套組外，並與該導電套組間具有間隙，該碳刷環座周面上具有兩徑向延伸之碳刷容置孔及一徑向延伸之吹氣孔，該等碳刷件各自徑向穿置於該等碳刷容置孔中，並以其一端與各該導電環接觸，藉由該等碳刷件將外部之電力導入至該等導電環上，並由該吹氣孔將外部之氣體引入於該等碳刷件與該等導電環間。

前述彈性碳刷件係以彈性件提供彈力推抵各該碳刷件向該轉軸方向移動，若當該彈性件之壓縮量過大時，其推抵之彈力亦會相對提高，進而造成該等碳刷件之磨損較為嚴重；反之，若該彈性件之壓縮量過小時，則因推抵之彈力不足，進而導致該等碳刷件無法接觸導電環，甚至產生斷路之機率，並非一有效的解決方案。

因此，如何提供超音波加工裝置能依據加工的不同需求，而容易地更換電動機，以及提供振動單元穩定的電源供應，乃相關業者亟待克服的難題。

本案主要目的在於提供一種超音波加工裝置，其依據加工的不同需求，例如高速高扭力或低速高扭力的輸出，而能夠容易地與快速地更換所欲速度與扭力的外接式電動機；以及該超音波加工裝置能對振動單元提供穩定的電源供應，以克服習知碳刷件因容易積碳，使導電率降低和短路斷電等不良作用。

為達成前述之目的，本案所採取之技術手段係提供一種超音波加工裝置，其包括一機台，一固定座，一轉軸，一振動單元，以及一電動機；其中該機台供該固定座和該電動機的裝設；該固定座具有軸向開設一座孔的一本體，該座孔內設有供該轉軸套設的複數個軸承，且該本體的外周面設有一電連接器；該轉軸具有套設於該等軸承的一軸桿，該軸桿一端連接供一刀具裝設的一振幅桿，而另一端則套接一絕緣套管，該絕緣套管徑向另套接一導電環和一導電軸承，並將該導電軸承套設於一絕緣環內，以便與該本體形成絕緣，另將一絕緣定位環鎖接於該絕緣套管，使該導電環和該導電軸承界定在該絕緣套管與該絕緣定位環之間；其中該電連接器的一第一導線穿過該絕緣環，並耦接於與該導電環形成電性連接的該導電軸承，而該電連接器的一第二導線則耦接於該本體，並與該等軸承與該振幅桿形成電性連接；該振動單元包括複數片壓電片和具有至少一第一導電片及至少一第二導電片的一導電片組，該導電片組係用以將該等壓電片形成一並聯組態，且該等壓電片鄰接一伸縮件，另將一結合件穿過該伸縮件及該等壓電片並接裝於該振幅桿；該導電環與該至少一第一導電片耦接一第三導線，而該至少一第二導電片則與該振幅桿接觸；該等壓電片在該電連接器所提供的一高頻電壓作用下於軸向形成高頻振動；以及該電動機具有一傳動軸，該傳動軸與該軸桿之間連接一傳動機構，並藉由該傳動機構驅動該軸桿旋轉。

如圖1至圖5所示，本案超音波加工裝置包括一機台1，一固定座2，一可轉動地安裝在該固定座2內的轉軸3，一安裝於該轉軸3且隨其一起旋轉的振動單元4，以及一驅動該轉軸3轉動的電動機5。

該機台1係供該固定座2和該電動機5的裝設。

該固定座2包括一中空本體21，該本體21內具有階級狀的一座室211，該座室211內一側，例如前側套設複數個軸承22中的至少一第一軸承221。如圖1及圖5所示，該至少一第一軸承221的數量為兩個，而該座室211的一內周面突設用於抵接後側的該第一軸承221的一環形凸緣212，該等第一軸承221之間設有以同心排列且做為間隔用的一第一內隔環222和一第一外隔環223。而該座室211內另一側，例如後側套設複數個軸承22中的至少一第二軸承224。如圖1及圖5所示，該至少一第二軸承224的數量為兩個，而該座室211的該內周面的該環形凸緣212則抵接該前側的該第二軸承224，該等第一軸承221與該等第二軸承224之間設有做為間隔用的一間隔環225。

該轉軸3具有一階級狀軸桿31，其一端穿過接裝於該本體21前方的一前蓋環23，並套接該至少一第一軸承221、該間隔環225及該至少一第二軸承224後，再接裝一第一鎖接環311，使該至少一第一軸承221套設於該軸桿31的前段，並定位在前蓋環23、該間隔環225與該環形凸緣112之間；而該至少一第二軸承224套設於該軸桿31的後段，並定位在該間隔環225、該環形凸緣212與該第一鎖接環311之間。

該軸桿31在該第一鎖接環311後方套接一絕緣套管32，該絕緣套管32斷面為T字型，且前方具有一前擋緣321，該絕緣套管32進一步套接一導電環33和一導電軸承34，該導電軸承34徑向套設於一絕緣環35內，該絕緣環35斷面為C字型，其前方徑向具有抵接於該導電軸承34的一下擋緣351。組裝時將該絕緣環35及其所套接的該導電軸承34一同套設於該座孔211的內壁，使該導電軸承34與該本體21形成絕緣型態。接著，將一絕緣定位環36鎖接於該絕緣套管32，使該導電軸承34定位於該絕緣環35的該下擋緣351與該絕緣定位環36之間。而該導電環33則抵接於該絕緣套管32的該上擋緣321，並恆常地與該導電軸承34一直維持電性接觸關係，以確保直流電源穩定的傳輸。最後，將一第二鎖接環312鎖接於該軸桿31後段，使該絕緣套管32能定位於該第一鎖接環311和第二鎖接環312之間。

其中，該前蓋環23與該至少第一軸承221之間進一步夾設一防水環25，該防水環25包括在該前蓋環23內對接而成，且由高分子材料製成的一前密接環251和一後密接環252，以避免液體進入到該本體內21。

為提供高頻的直流電源給該振動單元4，因此該本體21的外周面固設一電連接器24，該電連接器24的一電極，例如正極以一第一導線241(顯示於圖5)，例如導電彈簧穿過該絕緣環35的一穿孔352，並耦接於該導電軸承34，使該導電軸承34的一導電外環34a、複數個導電滾珠34b、一導電內環34c和該導電環33形成電性連接。而該電連接器24的另一電極，例如負極以一第二導線242則耦接於該本體21，由於本殼體21係與該等第一軸承221和該等第二軸承224保持接觸，因此該本體21與該等第一軸承221和該等第二軸承224形成電性連接。

再者，該前蓋環23供該軸桿31伸出，並在該軸桿31前端接裝一振幅桿37；且該軸桿31的前端鄰接該振幅桿37位置軸向開設一容置空間313，以便容置該振動單元4。因此，該振幅桿37能隨著該軸桿31高速旋轉，使接裝於該振幅桿37的一刀具(習知未予以圖示)能夠進行切削作業。

請參閱圖1、圖3至圖5，該振動單元4包括複數片壓電片41和具有至少一第一導電片421及至少一第二導電片422的一導電片組42，該導電片組42係用以將該等壓電片41形成一並聯組態。該等壓電片41供一絕緣內環43穿設且後方鄰接一伸縮件44，另將一結合件45，例如螺桿穿過該伸縮件44及該絕緣內環43，並接裝於該振幅桿37，使該振動單元4軸向連接於該振幅桿37，並容置於該軸桿31的容置空間313內。若該結合件45採用絕緣材料時，則能免除該絕緣內環43的設置。

該導電環33耦接一第三導線331的一端，且該第三導線331的另一端穿過與該容置空間313相連通的一通孔314(顯示於圖5)，並耦接於該至少一第一導電片421，而該至少一第二導電片422則緊貼於該振幅桿37，以形成電性連接。因此，當一電壓源與該電連接器24連接時，該電壓源的一端(正極或負極)係從該電連接器24的一電極通過該第一導線241、該導電軸承16、該導電環33和該第三導線331連接到該至少一第一導電片421；而該電壓源的另一端(負極或正極)係從該電連接器24的另一電極通過該第二導線242、該本體21、該至少一第一軸承221、該軸桿31和該振幅桿37連接到該至少一第二導電片422，以提供高頻電壓給該等壓電片41，使該等壓電片41產生軸向高頻振動，而令該刀具能進行高頻振盪切削。

該電動機5，例如馬達，其具有一傳動軸51，該傳動軸51與該轉軸3的該軸桿31之間連接一傳動機構52，該傳動機構52包括連接於該傳動軸51的一主動皮帶輪521，連接於該軸桿31的一從動皮帶輪522，以及套接於該主動皮帶輪521與該從動皮帶輪522之間的一傳動皮帶523。因此，當該電動機5啟動時，該傳動軸51即透過該傳動機構52以帶動該轉軸3在該固定座2內轉動。

由於該電動機5並非設於該固定座2內部，而是設於該固定座2的外部，因此，操作人員可依據待加工工件的加工需求選擇性地更換該電動機5，例如由高速搞扭力的電動機更換為低速高扭力的電動機。甚至，若需要更低的轉速時，該傳動機構52內另設有習知的一減速機。

再者，該傳動機構52不以前述實施例為限，其亦能以主動齒輪、從動齒輪，以及傳動鏈條的組合做為另一實施例。

請在參閱圖1、圖2及圖5，該超音波加工裝置使用時，該電動機5透過該傳動機構52驅動該軸桿31轉動，使該振動單元4、該振幅桿37帶動該刀具一起快速旋轉，同時直流電源的電壓源的一端(正極或負極)從該電連接器24的一電極通過該第一導線241、該導電軸承34、該導電環33和該第三導線331連接到該至少一第一導電片421；而該電壓源的另一端(負極或正極)係從該電連接器24的另一電極通過該第二導線242、該本體21、該至少一第一軸承221、該軸桿31和該振幅桿37連接到該至少一第二導電片422，以提供高頻電壓給該等壓電片41，使該等壓電片41產生軸向高頻振動，而令該刀具於旋轉的同時另進行軸向高頻振動的切削模式，以便對一待加工工件(圖未示)的表面以進行加工。

事實上，該導電環33係與該導電軸承34的該導電內環343緊密地套接並一起高速旋轉，因此該導電環33與該導電內環343並無磨耗的問題。同理，各該第一軸承221的一第一內環221c係隨著該軸桿31一起高速旋轉，而直流電源的另一極是通過該第一軸承221的一第一外環221a、複數個第一滾珠221b及該第一內環221c進行傳輸。

所以，經由本案的實施，其獲致的功效在於，該電連接器是直接裝設於固定座上，而該導電環和該導電軸承的該導電內環係與該轉軸一起高速旋轉，因此該導電環與該導電內環並無磨耗的問題。該直流電源的一極是通過該導電軸承的該導電外環、該等導電滾珠及該導電內環進行傳輸；而另一極則是通過該至少一第一軸承的該第一外環、該等第一滾珠及該第一內環進行傳輸，以便供電給該振動單元，藉以克服碳刷過度磨損的問題。尤有進者，該電動機可依據待加工工件的加工需求選擇性地更換其他的電動機，因此能夠容易地與快速地更換所欲速度與扭力的電動機，堪稱同類物品前所未見的一大佳構。

本案所揭示者，乃較佳實施例之一種，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

1‧‧‧機台
2‧‧‧固定座
21‧‧‧本體
211‧‧‧座室
212‧‧‧環形凸緣
22‧‧‧軸承
221‧‧‧第一軸承
221a‧‧‧第一外環
221b‧‧‧第一滾珠
221c‧‧‧第一內環
222‧‧‧第一內隔環
223‧‧‧第一外隔環
224‧‧‧第二軸承
225‧‧‧間隔環
23‧‧‧前蓋環
24‧‧‧電連接器
241‧‧‧第一導線
242‧‧‧第二導線
25‧‧‧防水環
251‧‧‧前密接環
252‧‧‧後密接環
3‧‧‧轉軸
31‧‧‧軸桿
311‧‧‧第一鎖接環
312‧‧‧第二鎖接環
313‧‧‧容置空間
314‧‧‧通孔
32‧‧‧絕緣套管
321‧‧‧前擋緣
33‧‧‧導電環
331‧‧‧第三導線
34‧‧‧導電軸承
34a‧‧‧導電外環
34b‧‧‧導電滾珠
34c‧‧‧導電內環
35‧‧‧絕緣環
351‧‧‧下擋緣
352‧‧‧穿孔
36‧‧‧絕緣定位環
37‧‧‧振幅桿
4‧‧‧振動單元
41‧‧‧壓電片
42‧‧‧導電片組
421‧‧‧第一導電片
422‧‧‧第二導電片
43‧‧‧絕緣內環
44‧‧‧伸縮件
45‧‧‧結合件
5‧‧‧電動機
51‧‧‧傳動軸
52‧‧‧傳動機構
521‧‧‧主動皮帶輪
522‧‧‧從動皮帶輪
523‧‧‧傳動皮帶

為進一步揭示本案之具體技術內容，首先請參閱圖式，其中： 圖1為本案超音波加工裝置的立體分解圖； 圖2為本案超音波加工裝置組立後的立體圖； 圖3為本案振動單元與振幅桿的立體分解圖； 圖4為本案振動單元組立後局部放大剖面圖；以及 圖5為圖2沿著線A-A所截取的剖面圖。

Claims (10)

1. 一種超音波加工裝置，其包括一機台，一固定座，一轉軸，一振動單元，以及一電動機；其中： 　　該機台供該固定座和該電動機的裝設； 　　該固定座具有軸向開設一座孔的一本體，該座孔內設有供該轉軸套設的複數個軸承，且該本體的外周面設有一電連接器； 　　該轉軸具有套設於該等軸承的一軸桿，該軸桿一端連接供一刀具裝設的一振幅桿，而另一端則套接一絕緣套管，該絕緣套管徑向另套接一導電環和一導電軸承，並將該導電軸承套設於一絕緣環內，以便與該本體形成絕緣，另將一絕緣定位環鎖接於該絕緣套管，使該導電環和該導電軸承界定在該絕緣套管與該絕緣定位環之間；其中該電連接器的一第一導線穿過該絕緣環，並耦接於與該導電環形成電性連接的該導電軸承，而該電連接器的一第二導線則耦接於該本體，並與該等軸承與該振幅桿形成電性連接； 　　該振動單元包括複數片壓電片和具有至少一第一導電片及至少一第二導電片的一導電片組，該導電片組係用以將該等壓電片形成一並聯組態，且該等壓電片鄰接一伸縮件，另將一結合件穿過該伸縮件及該等壓電片並接裝於該振幅桿；該導電環與該至少一第一導電片耦接一第三導線，而該至少一第二導電片則與該振幅桿接觸；該等壓電片在該電連接器所提供的一高頻電壓作用下於軸向形成高頻振動；以及 　　該電動機具有一傳動軸，該傳動軸與該軸桿之間連接一傳動機構，並藉由該傳動機構驅動該軸桿旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波加工裝置，其中該本體前端 設有供該軸桿伸出的前蓋環，並在該軸桿前端接裝一振幅桿；其中該本體的該座室內一側套設該等軸承中的至少一第一軸承，且該座室的一內周面突設用於抵接該至少一第一軸承的一環形凸緣的一側，而該座室內另一側則套設該等軸承中的至少一第二軸承，且該至少一第二軸承亦抵接於該環形凸緣的另一側。
3. 如申請專利範圍第2項所述之超音波加工裝置，其中該至少一第 一軸承的數量為兩個，且該等第一軸承之間設有以同心排列且做為間隔用的一第一內隔環和一第一外隔環；而該至少一第二軸承的數量為兩個，且該等第一軸承與該等第二軸承之間設有做為間隔用的一間隔環。
4. 如申請專利範圍第3項所述之超音波加工裝置，其中該軸桿套 接該至少一第一軸承、該間隔環及該至少一第二軸承後，再接裝一第一鎖接環， 該軸桿在該第一鎖接環後方套接該絕緣套管，並鎖接一第二鎖接環，使該絕緣套管能定位於該第一鎖接環和第二鎖接環之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之超音波加工裝置，其中該絕緣套管 斷面為T字型，其前方徑向具有一前擋緣；而該絕緣環斷面為C字型，其前方徑向具有抵接於該導電軸承的一下擋緣，使該導電軸承定位於該下擋緣與該絕緣定位環之間；而該導電環則抵接於該上擋緣，並恆常地與該導電軸承一直維持電性接觸關係。
6. 如申請專利範圍第2項所述之超音波加工裝置，其中該前蓋環與 該至少第一軸承之間進一步夾設一防水環，該防水環包括在該前蓋環內對接而成，且由高分子材料製成的一前密接環和一後密接環。
7. 如申請專利範圍第2項所述之超音波加工裝置，其中該導電軸承 包括一導電外環，複數個導電滾珠，以及隨著該絕緣套管一起旋轉的一導電內環；而各該第一軸承包括一第一外環，複數個第一滾珠，以及隨著該軸桿一起旋轉的一第一內環。
8. 如申請專利範圍第1項所述之超音波加工裝置，其中該傳動機構 包括連接於該傳動軸的一主動皮帶輪，連接於該軸桿的一從動皮帶輪，以及套接於該主動皮帶輪與該從動皮帶輪之間的一傳動皮帶。
9. 如申請專利範圍第1項所述之超音波加工裝置，其中該軸桿鄰接 該振幅桿位置軸向開設容置該振動單元的一容置空間；而該等壓電片供一絕緣內環穿設後再鄰接該伸縮件，而該結合件則穿過該伸縮件及該絕緣內環並接裝於該振幅桿。
10. 如申請專利範圍第1項所述之超音波加工裝置，其中該傳動機構 進一步包括一減速機。