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JP2006205140A - Ultrasonic machining apparatus - Google Patents

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JP2006205140A
JP2006205140A JP2005044696A JP2005044696A JP2006205140A JP 2006205140 A JP2006205140 A JP 2006205140A JP 2005044696 A JP2005044696 A JP 2005044696A JP 2005044696 A JP2005044696 A JP 2005044696A JP 2006205140 A JP2006205140 A JP 2006205140A
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Japan
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ultrasonic
tool
langevin type
processing apparatus
bolted langevin
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Withdrawn
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JP2005044696A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Onishi
一正 大西
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Individual
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic machining apparatus which gives an approximately even ultrasonic vibration to a large tool so as to enhance the machining rate and accuracy even when a work piece is of a large form. <P>SOLUTION: An ultrasonic alternative electric voltage having a resonant frequency of each of five bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d and 2e is applied thereto from each of ultrasonic driver circuits 14a, 14b, 14c, 14d and 14e respectively. A vibration generated by the bolted Langevin type ultrasonic transducer 2 is propagated to a cone 7 and then to a tool 8. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波振動を用いて比較的広い面積の砥粒加工、切削加工、塑性加工、切断加工、金属の接合加工、プラスチックの接合、金属の成形加工およびプラスチックの成形加工に用いる超音波加工装置に関するものである。  The present invention uses ultrasonic vibration to produce a relatively large area of abrasive grains, cutting, plastic processing, cutting, metal bonding, plastic bonding, metal molding and plastic molding. The present invention relates to a processing apparatus.

超音波のエネルギーを利用する応用は動力的超音波応用と呼ばれ、特に振動振幅、振動速度が大きい超音波を用いるものは強力超音波応用と呼ばれている。
なお強力超音波の応用に関しては、「超音波便覧」(丸善株式会社、平成11年発行)661〜697ページに詳しく記載されている。
Applications that use ultrasonic energy are called dynamic ultrasonic applications, and those that use ultrasonic waves with large vibration amplitude and vibration speed are particularly called strong ultrasonic applications.
The application of high-intensity ultrasound is described in detail in “Ultrasonic Handbook” (Maruzen Co., Ltd., published in 1999), pages 661-697.

例えば、超音波の特徴である大きな加速度を利用して物質の処理、加工に用いられている。この分野が砥粒加工、切削加工、塑性加工、切断加工である。
また、固体中では、強力な超音波が伝播する際に、振動応力の発生により顕著な発熱効果がある。この効果は摩擦による発熱と相まって金属の接合、熱可塑性プラスチックの接合、高分子材料の架橋などに利用されている。
For example, it is used for processing and processing a substance by utilizing a large acceleration which is a characteristic of ultrasonic waves. This field is abrasive processing, cutting processing, plastic processing, and cutting processing.
Further, in a solid, when powerful ultrasonic waves propagate, there is a remarkable heat generation effect due to generation of vibration stress. This effect combined with heat generated by friction is used for joining metals, joining thermoplastics, and crosslinking polymer materials.

強力超音波を発生させるためには、強力な超音波発生源が必要であり、通常ボルト締めランジュバン超音波振動子が用いられている。この例として図1に示す超音波溶接機がある。工具に超音波振動を伝播させるためのコーンは、工具に比較して小さい。これをさらに説明するために図2、図3を用いて説明する。図2において、工具8はコーンと接触する面の面積がコーンと比較すると大きいため、超音波振動を工具8にできるだけ均一に分散させるためにスリット13a、13bを設けている。しかし、現実にはコーンと接触している部分の超音波振動がどうしても大きくなってしまう。さらに図3のように大きな工具8を用いる場合は、スリット13a、13b、13c、13dの効果も減少し、コーンの真下と端部では大きな振動変位の差が生じてしまう。  In order to generate a powerful ultrasonic wave, a powerful ultrasonic wave generation source is required, and a bolted Langevin ultrasonic vibrator is usually used. An example of this is the ultrasonic welding machine shown in FIG. The cone for propagating ultrasonic vibrations to the tool is small compared to the tool. This will be described with reference to FIGS. 2 and 3 for further explanation. In FIG. 2, since the area of the surface of the tool 8 that contacts the cone is larger than that of the cone, slits 13a and 13b are provided in order to disperse the ultrasonic vibration in the tool 8 as uniformly as possible. However, in reality, the ultrasonic vibration in the portion in contact with the cone inevitably increases. Further, when using a large tool 8 as shown in FIG. 3, the effects of the slits 13a, 13b, 13c, and 13d are also reduced, and a large difference in vibration displacement occurs between the portion just below and the end of the cone.

図4はボルト締めランジュバン超音波振動子に接続したコーンにさらに工具に取り付けた状態を示す斜視図であるが、超音波振動は直進性が高く、円で囲ったaの部分の振動が大きく、b、cの部分の振動は小さくなってしまう。  FIG. 4 is a perspective view showing a state where the cone connected to the bolted Langevin ultrasonic vibrator is further attached to the tool, but the ultrasonic vibration is highly straight, and the vibration of the portion a surrounded by a circle is large. The vibrations in the portions b and c are reduced.

工具が大型化した場合にも、ボルト締めランジュバン超音波振動子を1個だけ用い被加工物を超音波加工していることが多い。このため工具が大型化すれば、工具と被加工物の接触面積が大きくなるので、単位面積当たりの超音波振動エネルギーは接触面積に半比例して小さくなる。その結果、加工速度が小さくなる、パワー密度が低くなりすぎ加工ができなくなる問題が生じる。さらに、工具にスリットを設けたりして、均一に超音波振動が被加工物に与えられるように工夫はしているが、振動分布が生じてしまう問題がある。
本発明の目的は上述の問題点を解消する超音波加工装置を提供することにある。
Even when the tool is increased in size, the workpiece is often ultrasonically processed using only one bolted Langevin ultrasonic transducer. For this reason, when the size of the tool increases, the contact area between the tool and the workpiece increases, so the ultrasonic vibration energy per unit area decreases in proportion to the contact area. As a result, there arises a problem that the processing speed becomes low, the power density becomes too low, and processing cannot be performed. Furthermore, although a contrivance is made so that ultrasonic vibration is uniformly applied to the workpiece by providing slits in the tool, there is a problem that vibration distribution occurs.
The objective of this invention is providing the ultrasonic processing apparatus which eliminates the above-mentioned problem.

本発明は、2個以上のボルト締めランジュバン型超音波振動子を有し、超音波振動を用いて加工する超音波加工装置において、ボルト締めランジュバン型超音波振動子と同数の超音波駆動電源を有している超音波加工装置とするものである。  The present invention provides an ultrasonic processing apparatus that has two or more bolted Langevin type ultrasonic transducers and performs processing using ultrasonic vibration, and has the same number of ultrasonic drive power supplies as bolted Langevin type ultrasonic transducers. The ultrasonic processing apparatus is provided.

前記の構成において2個以上のボルト締めランジュバン型超音波振動子のそれぞれの共振周波数の超音波交流電圧を印加する超音波加工装置するものである。  In the above-described configuration, the ultrasonic machining apparatus applies an ultrasonic AC voltage having a resonance frequency of each of two or more bolted Langevin type ultrasonic transducers.

前記超音波加工装置が溶接を目的とするものである。  The ultrasonic processing apparatus is intended for welding.

前記超音波加工装置がプレスを目的とするものである。  The ultrasonic processing apparatus is intended for pressing.

前記超音波加工装置が切断を目的とするものである。  The ultrasonic processing apparatus is intended for cutting.

前記超音波加工装置が砥粒を用いて加工することを目的とするものである。  The ultrasonic processing apparatus is intended to process using abrasive grains.

本発明の超音波加工装置は、工具にほぼ均一の大きさの超音波振動を励起できるので、加工対象物が大型化しても、ほぼ均一の大きさの超音波加工が可能である。
また、工具が大型化しても、工具の大きさにほぼ影響を受けることなく、加工対象物の加工速度を維持することができる。
Since the ultrasonic processing apparatus of the present invention can excite ultrasonic vibrations having a substantially uniform size on a tool, even if the object to be processed is increased in size, ultrasonic processing with a substantially uniform size is possible.
Further, even if the tool is enlarged, the processing speed of the processing object can be maintained without being substantially affected by the size of the tool.

本発明を、添付の図面を用いて説明する。図5は、本発明の第一の構成の超音波溶着機の工具とそれに接続したボルト締めランジュバン型超音波振動子を示す斜視図である。  The present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 5 is a perspective view showing a tool of the ultrasonic welder having the first configuration of the present invention and a bolted Langevin type ultrasonic transducer connected thereto.

図面を簡単にするために工具8、コーン7、ボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eおよび超音波駆動回路14a、14b、14c、14d、14eだけを示す。5個のボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d,2eのそれぞれの共振周波数の超音波交流電圧を印加できるように5個の超音波駆動回路14a、14b、14c、14d,14eを接続している。実際の構成は図7に示すようにボルト締めランジュバン型超音波振動子の2枚の圧電セラミックの中央部に支持板を入れ、これをエアシリンダー接続している。  In order to simplify the drawing, only the tool 8, the cone 7, the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d and 2e and the ultrasonic drive circuits 14a, 14b, 14c, 14d and 14e are shown. Five ultrasonic drive circuits 14a, 14b, 14c, 14d, so that the ultrasonic alternating voltages of the respective resonance frequencies of the five bolt-clamped Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d, 2e can be applied. 14e is connected. As shown in FIG. 7, the actual configuration is such that a support plate is inserted in the center of two piezoelectric ceramics of a bolted Langevin type ultrasonic transducer and connected to an air cylinder.

従来の同様な構成を図4を用いて説明する。同じく工具8、コーン7、ボルト締めランジュバン型超音波振動子2および超音波駆動回路14だけを示す。1個のボルト締めランジュバン型超音波振動子2にその共振周波数の超音波交流電圧を印加できるように超音波駆動回路14を接続している。図1に示すようにコーンと振動子を一体化したものをコーンのフランジを介してエアシリンダー接続している。工具はコーンとの接合面において工具の面積に比較して数分の1である。このような構成においては、超音波振動は直進性が高いため、図4のaの部分の振動が最も大きい。そして端部のb、cはaの部分に比較して振動は小さくなってしまう。そこでスリット13a、13b、13c、13dを設け、a、b、cの振動を均一化を狙っているが若干改善できるもののaとb、cの差は大きい。    A similar conventional configuration will be described with reference to FIG. Similarly, only the tool 8, the cone 7, the bolted Langevin type ultrasonic transducer 2 and the ultrasonic drive circuit 14 are shown. An ultrasonic drive circuit 14 is connected to one bolted Langevin type ultrasonic transducer 2 so that an ultrasonic alternating voltage of the resonance frequency can be applied. As shown in FIG. 1, an integrated cone and vibrator are connected to an air cylinder via a cone flange. The tool is a fraction of the area of the tool at the interface with the cone. In such a configuration, since the ultrasonic vibration has high straightness, the vibration of the portion a in FIG. 4 is the largest. The vibrations of the ends b and c are smaller than those of the portion a. Therefore, slits 13a, 13b, 13c, and 13d are provided to aim at uniformizing the vibrations of a, b, and c.

一方、本発明の構成は、図5の超音波駆動回路14a、14b、14c、14d、14eからボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eのそれぞれの共振周波数の交流電圧を印加する。このようにそれぞれのボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eの共振周波数の交流電圧を印加すると、それぞれのボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eの超音波振動が真下の一点鎖線の円a、b、c、d、eの位置に直進するのでa、b、c、d、eの位置の振動はほぼ一様になる。図5の工具にはスリットを設けなかったが、工具の形状及び材料によってはスリットを設けることが望ましいこともある。  On the other hand, the configuration of the present invention is such that the ultrasonic drive circuits 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e of FIG. 5 to the AC voltages of the resonance frequencies of the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d and 2e. Is applied. In this way, when the AC voltage of the resonance frequency of each bolted Langevin type ultrasonic transducer 2a, 2b, 2c, 2d, 2e is applied, each bolted Langevin type ultrasonic transducer 2a, 2b, 2c, 2d, Since the ultrasonic vibration of 2e goes straight to the positions of circles a, b, c, d, and e below the one-dot chain line, the vibrations at the positions of a, b, c, d, and e are almost uniform. Although the tool of FIG. 5 is not provided with a slit, it may be desirable to provide a slit depending on the shape and material of the tool.

次に図12を用いて超音波駆動回路14の説明をする。超音波発振回路14はボルト締めランジュバン型超音波振動子2の共振周波数に対応する周波数の正弦波電圧を印加する。図12中の振動子はボルト締めランジュバン型超音波振動子2である。  Next, the ultrasonic drive circuit 14 will be described with reference to FIG. The ultrasonic oscillation circuit 14 applies a sine wave voltage having a frequency corresponding to the resonance frequency of the bolted Langevin type ultrasonic transducer 2. The vibrator in FIG. 12 is a bolted Langevin type ultrasonic vibrator 2.

図12に示すPLL(Phase−locked−loop)回路は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子2の共振周波数に対応する周波数の矩形波電圧を発生させる。この矩形波電圧は、ドライバー回路にて電力増幅されたのち、整合回路にて電気力率の改善が行われ、ボルト締めランジュバン型超音波振動子2に正弦波電圧として印加される。  A PLL (Phase-locked-loop) circuit shown in FIG. 12 generates a rectangular wave voltage having a frequency corresponding to the resonance frequency of the bolted Langevin type ultrasonic transducer 2. This rectangular wave voltage is amplified by the driver circuit, and then the electric power factor is improved by the matching circuit, and is applied to the bolted Langevin type ultrasonic transducer 2 as a sine wave voltage.

整合回路とボルト締めランジュバン型超音波振動子2との間に備えられた電圧/電流検出回路は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子に付与される交流電圧、交流電流、およびこれらの位相を検出する。  The voltage / current detection circuit provided between the matching circuit and the bolt-clamped Langevin type ultrasonic transducer 2 detects an AC voltage, an AC current, and a phase thereof applied to the bolt-clamped Langevin type ultrasonic transducer. To do.

電力制御部は、電圧/電流検出回路にて検出された交流電圧、交流電流、およびこれらの位相をもとにボルト締めランジュバン型超音波振動子に付与されている電力を算出する。そして、電力制御部は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子に所定の大きさの電力が付与されるように、算出した電力値をもとにドライバー回路の電力増幅率を制御する。  The power control unit calculates the power applied to the bolted Langevin type ultrasonic transducer based on the AC voltage and AC current detected by the voltage / current detection circuit and their phases. The power control unit controls the power amplification factor of the driver circuit based on the calculated power value so that a predetermined amount of power is applied to the bolted Langevin type ultrasonic transducer.

一方、位相回路は、電圧/電流検出回路から出力される、ボルト締めランジュバン型超音波振動子に流れる電流を電流電圧変換した信号を入力し、周波数制御ブロックの制御周波数がボルト締めランジュバン型超音波振動子の共振周波数になるように、その信号を位相シフトさせた後、パルス状の電圧に変換した電圧信号をPLL回路に出力する。  On the other hand, the phase circuit inputs a signal obtained by converting the current flowing in the bolt-clamped Langevin type ultrasonic transducer from the voltage / current detection circuit into current-voltage, and the control frequency of the frequency control block is the bolt-clamped Langevin type ultrasonic wave The signal is phase-shifted so as to have the resonance frequency of the vibrator, and then a voltage signal converted into a pulse voltage is output to the PLL circuit.

PLL回路は、位相回路が出力するパルス状の電圧と、PLL回路が出力する矩形波電圧との位相が一致するように、PLL回路が出力する矩形波電圧の周波数を制御する。このような制御により、上記のようにボルト締めランジュバン型超音波振動子の共振周波数が、たとえば環境温度の変動によって僅かに変動した場合にも、ボルト締めランジュバン型超音波振動子に常にその共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加することができる。  The PLL circuit controls the frequency of the rectangular wave voltage output from the PLL circuit so that the phase of the pulsed voltage output from the phase circuit matches the phase of the rectangular wave voltage output from the PLL circuit. By such control, even when the resonance frequency of the bolted Langevin type ultrasonic transducer is slightly changed due to a change in the environmental temperature, for example, the resonance frequency of the bolted Langevin type ultrasonic transducer is always changed. It is possible to apply an alternating voltage with a frequency corresponding to.

しかし、同じ構成でもボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eを並列に接続して1個の超音波駆動回路から同一の周波数の電圧を与えると互いの振動が合成して、どうしても中央の一点鎖線の円cの位置の振動が大きくなってしまう。  However, when the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e are connected in parallel and a voltage of the same frequency is applied from one ultrasonic driving circuit, the vibrations of each other are synthesized. Thus, the vibration at the position of the circle c in the center of the one-dot chain line is inevitably increased.

図5に示した工具、コーン、ボルト締めランジュバン型超音波振動子および超音波駆動回路を組み込んだ超音波溶着器の平面図を図6に、その側面図を図7に示す。ここで超音波駆動回路は図面を簡略化するため図示しない。FIG. 6 is a plan view of an ultrasonic welder incorporating the tool, cone, bolted Langevin type ultrasonic transducer and ultrasonic drive circuit shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a side view thereof. Here, the ultrasonic drive circuit is not shown in order to simplify the drawing.

ベース台12に取り付けたエアシリンダ10のロッド11に取付けたステンレス製の枠台9がある。そして、そのステンレス製の枠台9に共通の支持板6を持つボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eを図示しないボルトにより接合する。ボルト締めランジュバン型超音波振動子2はアルミ合金製のフロントマス3、アルミ合金製のリアマス4、圧電セラミック5そして5個のボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eに共通のステンレス製の支持板6をボルトとナットで締め付けて製作されている。ここでは図面の都合上ボルトとナットな図示しない。そして各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子2には各々のコーン7をボルトにより接合する。さらにコーン7の先端と工具8を図示しないボルトにより接合する。There is a stainless steel frame 9 attached to the rod 11 of the air cylinder 10 attached to the base 12. Then, bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d and 2e having a common support plate 6 are joined to the stainless steel frame base 9 by bolts (not shown). The bolted Langevin type ultrasonic transducer 2 includes an aluminum alloy front mass 3, an aluminum alloy rear mass 4, a piezoelectric ceramic 5, and five bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e. A common stainless steel support plate 6 is tightened with bolts and nuts. Here, bolts and nuts are not shown for convenience of drawing. Each cone 7 is joined to each bolted Langevin type ultrasonic transducer 2 with a bolt. Further, the tip of the cone 7 and the tool 8 are joined by a bolt (not shown).

次にこの超音波加工機1である超音波溶着器の運転方法について説明する。まず図示しない5個の超音波駆動回路からボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2d、2eのそれぞれの共振周波数の交流電圧を印加する。ボルト締めランジュバン型超音波振動子2の超音波振動はコーン7そして工具に伝播する。先に説明したように工具の先端の一点鎖線のa、b、c、d、eの位置の振動はほぼ一様になる。そして次にエアシリンダ10を運転してロッド11を下方向に運動させる。  Next, an operation method of the ultrasonic welder which is the ultrasonic processing machine 1 will be described. First, AC voltages having respective resonance frequencies of bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e are applied from five ultrasonic drive circuits (not shown). The ultrasonic vibration of the bolted Langevin type ultrasonic vibrator 2 propagates to the cone 7 and the tool. As described above, the vibrations at positions a, b, c, d, and e on the alternate long and short dash line of the tool tip are substantially uniform. Then, the air cylinder 10 is operated to move the rod 11 downward.

図示しない被加工物にこの超音波振動が伝播して、被加工物の溶接または溶着が行われる。従来では困難であった大型の被加工物でも、工具の先端の一点鎖線のa、b、c、d、eの位置の振動はほぼ一様であるので均一な溶着ができる。  The ultrasonic vibration propagates to a workpiece (not shown), and the workpiece is welded or welded. Even with a large workpiece that has been difficult in the past, the vibrations at the positions of a dashed-dotted lines a, b, c, d, and e of the tool tip are almost uniform, so that uniform welding can be achieved.

上記の本発明の構成は切削加工、塑性加工、切断加工、金属の接合加工、金属の成形加工およびプラスチックの成形加工に用いる超音波加工装置にほぼそのまま利用できる。  The above-described configuration of the present invention can be used almost as it is for an ultrasonic machining apparatus used for cutting, plastic working, cutting, metal joining, metal forming, and plastic forming.

次に本発明の第二の構成の超音波加工機である超音波砥粒加工装置について説明する。まず従来の構成の超音波砥粒加工装置について説明する。  Next, an ultrasonic abrasive processing apparatus that is an ultrasonic processing machine having a second configuration of the present invention will be described. First, a conventional ultrasonic abrasive machining apparatus will be described.

図8の超音波砥粒加工装置は、磁歪変換素子を超音波振動源とするものである。磁歪変換素子の振動はコーンに伝播して、さらにホーン、工具に伝播する。被加工物と工具の間に砥粒を介在させ、工具の振動により砥粒を振動させ、砥粒の運動により被加工物を砥粒加工する。  The ultrasonic abrasive machining apparatus of FIG. 8 uses a magnetostrictive transducer as an ultrasonic vibration source. The vibration of the magnetostrictive transducer propagates to the cone and further propagates to the horn and the tool. Abrasive grains are interposed between the workpiece and the tool, the abrasive grains are vibrated by the vibration of the tool, and the workpiece is subjected to abrasive machining by the movement of the abrasive grains.

この工具の一例の詳細を図9に示す。ホーンの先端に超硬金属製の工具を溶接またはロウ付けにより取り付ける。工具はホーンの先端部の面積より小さい。
このように1個のホーンの先端部の面積より小さい工具を取り付け、被加工物を砥粒加工することは容易であるが、1個のホーンの先端部の面積に比較して倍以上に大きい場合には工具に均一な振動を与えることは困難である。
Details of an example of this tool are shown in FIG. A cemented carbide tool is attached to the tip of the horn by welding or brazing. The tool is smaller than the area of the horn tip.
In this way, it is easy to attach a tool smaller than the area of the tip of one horn and grind the workpiece, but it is more than twice as large as the area of the tip of one horn. In some cases, it is difficult to give uniform vibration to the tool.

これに対して、本発明の第二の構成の超音波砥粒加工装置は、大きな加工面積を持つ工具に最適である。図10に超音波砥粒加工装置の中でボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dと工具8だけを示す。工具8とボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dは図示しないボルトで結合されている。工具8には16個の正方形の穴が設けられている。この穴の形状に例えばガラス板などを砥粒加工により打ち抜く。  On the other hand, the ultrasonic abrasive grain processing apparatus of the second configuration of the present invention is optimal for a tool having a large processing area. FIG. 10 shows only the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, and 2d and the tool 8 in the ultrasonic abrasive processing apparatus. The tool 8 and the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, and 2d are coupled with a bolt (not shown). The tool 8 is provided with 16 square holes. For example, a glass plate or the like is punched into the shape of the hole by abrasive processing.

図示しない4個の超音波駆動回路がそれぞれのボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dに接続されている。ボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dにそれぞれの超音波駆動回路からボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dのそれぞれの共振周波数の交流電圧を印加する。このようにそれぞれのボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dの共振周波数の交流電圧を印加すると、それぞれのボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dの超音波振動が真下の位置に直進するので、例え2次元的な形状でもその形状に適するように複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子を配置されば振動はほぼ一様になる。  Four ultrasonic drive circuits (not shown) are connected to each bolted Langevin type ultrasonic transducer 2a, 2b, 2c, 2d. An AC voltage having a resonance frequency of each of the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, and 2d is applied from the respective ultrasonic drive circuits to the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, and 2d. Thus, when the alternating voltage of the resonance frequency of each bolting Langevin type ultrasonic transducer 2a, 2b, 2c, 2d is applied, the ultrasonic wave of each bolting Langevin type ultrasonic transducer 2a, 2b, 2c, 2d is applied. Since the vibration goes straight to the position immediately below, the vibration becomes almost uniform if a plurality of bolted Langevin type ultrasonic transducers are arranged so as to be suitable for the two-dimensional shape.

しかし、同じ構成でもボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dを並列に接続して1個の超音波駆動回路から単一の周波数の電圧を与えると互いの振動が合成して、どうしても中央の位置の振動が大きくなってしまう。  However, even in the same configuration, when bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c and 2d are connected in parallel and a single frequency drive voltage is applied from one ultrasonic drive circuit, the mutual vibrations are synthesized. The vibration at the center position will inevitably increase.

図10に示した工具、ボルト締めランジュバン型超音波振動子および超音波駆動回路を組み込んだ超音波加工装置1である超音波砥粒加工装置のその側面図を図11に示す。ここで4個の超音波駆動回路は図面を簡略化するため図示しない。  FIG. 11 shows a side view of an ultrasonic abrasive processing apparatus which is the ultrasonic processing apparatus 1 incorporating the tool, bolted Langevin type ultrasonic vibrator and ultrasonic drive circuit shown in FIG. Here, the four ultrasonic drive circuits are not shown in order to simplify the drawing.

図示しないエアシリンダのロッド11に取付けたステンレス製の枠台9に共通の支持板6を持つボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dを図示しないボルトにより取り付ける。ボルト締めランジュバン型超音波振動子2はアルミ合金製のフロントマス3、アルミ合金製のリアマス4、圧電セラミック5そして4個のボルト締めランジュバン型超音波振動子に共通のステンレス製の支持板6をボルトとナットで締め付けて製作されている。ここでは図面の都合上ボルトとナットな図示しない。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子2にボルトにより工具8を接合する。  Bolt-clamped Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, 2d having a common support plate 6 are attached to a stainless steel frame base 9 attached to a rod 11 of an air cylinder (not shown) by bolts (not shown). The bolted Langevin type ultrasonic transducer 2 includes a front mass 3 made of aluminum alloy, a rear mass 4 made of aluminum alloy, a piezoelectric ceramic 5, and a stainless steel support plate 6 common to the four bolted Langevin type ultrasonic transducers. It is manufactured by tightening with bolts and nuts. Here, bolts and nuts are not shown for convenience of drawing. Then, the tool 8 is joined to the bolted Langevin type ultrasonic vibrator 2 with a bolt.

次にこの超音波砥粒加工装置の運転方法について説明する。まず図示しない4個の超音波駆動回路からボルト締めランジュバン型超音波振動子2a、2b、2c、2dのそれぞれの共振周波数の交流電圧を印加する。ボルト締めランジュバン型超音波振動子2の超音波振動は工具8に伝播する。先に説明したように工具8の先端の振動はほぼ一様になる。そして次にエアシリンダを運転してロッド11を下方向に運動させる。  Next, the operation method of this ultrasonic abrasive grain processing apparatus will be described. First, AC voltages having respective resonance frequencies of the bolted Langevin type ultrasonic transducers 2a, 2b, 2c, and 2d are applied from four ultrasonic drive circuits (not shown). The ultrasonic vibration of the bolted Langevin type ultrasonic vibrator 2 propagates to the tool 8. As described above, the vibration at the tip of the tool 8 becomes substantially uniform. Then, the air cylinder is operated to move the rod 11 downward.

加工台14の上に載せたガラス板である被加工物13にこの超音波振動が伝播して、被加工物13の砥粒加工が行われる。従来では困難であった大型の被加工物でも、工具8の先端の振動はほぼ一様であるので均一な砥粒加工ができる。  The ultrasonic vibration propagates to the workpiece 13 which is a glass plate placed on the processing table 14, and the workpiece 13 is subjected to abrasive grain processing. Even with a large workpiece, which has been difficult in the past, the vibration at the tip of the tool 8 is almost uniform, so uniform abrasive machining can be performed.

上記の本発明の構成は切削加工、塑性加工、切断加工、金属の接合加工、金属の成形加工およびプラスチックの成形加工に用いる超音波加工装置にほぼそのまま利用できる。  The above-described configuration of the present invention can be used almost as it is for an ultrasonic machining apparatus used for cutting, plastic working, cutting, metal joining, metal forming, and plastic forming.

本発明の超音波加工装置は、プラスチックおよび金属の溶接、成形、難加工材料の砥粒加工などに用いることができる。  The ultrasonic processing apparatus of the present invention can be used for welding and molding of plastics and metals, abrasive processing of difficult-to-process materials, and the like.

従来の超音波溶着機の構成を示す側面図である。  It is a side view which shows the structure of the conventional ultrasonic welding machine. 従来の超音波溶着機に用いる工具を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows the tool used for the conventional ultrasonic welding machine. 従来の超音波溶着機に用いる別の工具を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows another tool used for the conventional ultrasonic welding machine. 従来の超音波溶着機に用いる工具、コーン、ランジュバン形振動子を接続した構成を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows the structure which connected the tool, cone, and Langevin type vibrator | oscillator used for the conventional ultrasonic welding machine. 本発明の第一の構成の超音波溶着機に接続する工具、コーン、ランジュバン形超音波振動子の構成を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows the structure of the tool connected to the ultrasonic welding machine of the 1st structure of this invention, a cone, and a Langevin type ultrasonic transducer | vibrator. 本発明の第一の構成の超音波溶着機を示す平面図である。  It is a top view which shows the ultrasonic welding machine of the 1st structure of this invention. 本発明の第一の構成の超音波溶着機を示す側面図である。  It is a side view which shows the ultrasonic welding machine of the 1st structure of this invention. 従来の超音波砥粒加工装置の構成を示す図である。  It is a figure which shows the structure of the conventional ultrasonic abrasive grain processing apparatus. 従来の超音波砥粒加工装置に用いるホーンと工具を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows the horn and tool used for the conventional ultrasonic abrasive grain processing apparatus. 本発明の第二の構成の超音波砥粒加工装置の工具とランジュバン形振動子を接続した構成を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows the structure which connected the tool and Langevin type vibrator of the ultrasonic abrasive grain processing apparatus of the 2nd structure of this invention. 本発明の第二の構成の超音波砥粒加工装置を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows the ultrasonic abrasive grain processing apparatus of the 2nd structure of this invention. 超音波駆動回路を説明する図である。  It is a figure explaining an ultrasonic drive circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波加工機
2 ボルト締めランジュバン型超音波振動子
3 フロントマス
4 リアマス
5 圧電セラミック
6 支持板
7 コーン
8 工具
9 枠台
10 エアシリンダ
11 ロッド
12 ベース台
13 スリット
14 超音波駆動回路
15 被加工物
16 加工台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic processing machine 2 Bolt tightening Langevin type ultrasonic transducer 3 Front mass 4 Rear mass 5 Piezoelectric ceramic 6 Support plate 7 Cone 8 Tool 9 Frame base 10 Air cylinder 11 Rod 12 Base base 13 Slit 14 Ultrasonic drive circuit 15 Workpiece Item 16 Processing table

Claims (6)

2個以上のボルト締めランジュバン型超音波振動子を有し、超音波振動を用いて加工する超音波加工装置において、ボルト締めランジュバン型超音波振動子と同数の駆動電源を有していることを特徴とする超音波加工装置。In an ultrasonic processing apparatus that has two or more bolted Langevin type ultrasonic vibrators and performs processing using ultrasonic vibration, it has the same number of drive power sources as bolted Langevin type ultrasonic vibrators. Ultrasonic machining equipment characterized. 2個以上のボルト締めランジュバン型超音波振動子のそれぞれの共振周波数の超音波交流電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の超音波加工装置。The ultrasonic processing apparatus according to claim 1, wherein an ultrasonic alternating voltage having a resonance frequency of each of the two or more bolted Langevin type ultrasonic transducers is applied. 前記超音波加工装置が溶接装置であることを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の超音波加工装置。The ultrasonic processing apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic processing apparatus is a welding apparatus. 前記超音波加工装置がプレス装置であることを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の超音波加工装置。The ultrasonic processing apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic processing apparatus is a press apparatus. 前記超音波加工装置が切断装置であることを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の超音波加工装置。The ultrasonic processing apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic processing apparatus is a cutting apparatus. 前記超音波加工装置が砥粒を用いて加工する装置であることを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の超音波加工装置。The ultrasonic processing apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic processing apparatus is an apparatus that performs processing using abrasive grains.
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