JP2006150329A - Ultrasonic vibration table - Google Patents
Ultrasonic vibration table Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006150329A JP2006150329A JP2004378058A JP2004378058A JP2006150329A JP 2006150329 A JP2006150329 A JP 2006150329A JP 2004378058 A JP2004378058 A JP 2004378058A JP 2004378058 A JP2004378058 A JP 2004378058A JP 2006150329 A JP2006150329 A JP 2006150329A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- ultrasonic
- langevin type
- type ultrasonic
- front mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910003471 inorganic composite material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ガラス、セラミック、シリコーン、チタン、超硬金属などの難切削材料および一般の金属材料、有機材料、無機材料およびそれらを複合化した材料の切断、研削及び研磨加工に用いられる超音波振動テーブルに関するものである。 The present invention is an ultrasonic wave used for cutting, grinding and polishing of difficult-to-cut materials such as glass, ceramic, silicone, titanium, and hard metal, and general metal materials, organic materials, inorganic materials and composite materials thereof. The present invention relates to a vibration table.
一般に、ガラス、セラミック、シリコーン、チタン、超硬金属などの硬度が高い脆性材料を切断、研削等の加工を施すことは、非常に困難であり従来から工具に超音波振動を加え加工することが行われている。このような超音波切削加工は、切削抵抗が低減するため、切削ツールの摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、切削ツールの寿命が長くなると共に、加工精度の向上につながってくる。なお超音波切削加工について「超音波便覧」(丸善株式会社、平成11年発行)679〜684ページに詳しく記載されている。 In general, it is very difficult to cut and grind brittle materials with high hardness such as glass, ceramic, silicone, titanium, and super hard metal. Has been done. In such ultrasonic cutting, since cutting resistance is reduced, the frictional heat of the cutting tool is reduced, the thermal distortion of the processed surface is reduced, the life of the cutting tool is extended, and the machining accuracy is improved. Ultrasonic cutting is described in detail in “Ultrasonic Handbook” (Maruzen Co., Ltd., published in 1999), pages 679-684.
また、ワークを固定するテーブルに振動を与え、これをワークに伝播させ、振動切削加工を行うことが従来よりよく知られていることである。例えば、図17に示す特開2002−355726号公報の超音波振動テーブルは、工作機械のベッドに取り付けられ加工されるワークを固定可能にするテーブル装置であり、その概略の構成は以下の通りである。
まず、振動を発生する超音波振動子がある。そしてその超音波振動を増幅し、振動テーブルに伝達するためのアルミニム製の伝達ホーンがある。この伝達ホーンは超音波振動子と接する面は超音波振動子と同じ直径であるが外フランジより上部ではそれよりも直径は小さくなっている。そして、ケーシングの内フランジに外フランジをゴム板を挟んだ状態でボルト部材によって締結固定されている。
また、振動テーブルの下部から下方に突き出し、ケーシングの外側に形成された案内用凹部に挿入されて振動テーブルの横移動を制限しながら上下方向に案内するガイド部材を有している。Further, it is well known in the art that vibration is applied to a table for fixing a workpiece, and this is propagated to the workpiece to perform vibration cutting. For example, the ultrasonic vibration table disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-355726 shown in FIG. 17 is a table device that can fix a workpiece to be processed by being attached to a bed of a machine tool. is there.
First, there is an ultrasonic vibrator that generates vibration. There is an aluminum transmission horn for amplifying the ultrasonic vibration and transmitting it to the vibration table. The surface of the transmission horn in contact with the ultrasonic transducer has the same diameter as that of the ultrasonic transducer, but the diameter is smaller at the upper part than the outer flange. Then, the outer flange is fastened and fixed to the inner flange of the casing by a bolt member with a rubber plate interposed therebetween.
In addition, a guide member that protrudes downward from the lower portion of the vibration table and is inserted into a guide recess formed on the outside of the casing and guides in the vertical direction while restricting the lateral movement of the vibration table is provided.
さらに別の方式として図18の平面図、図19の側面図に示す特開2003−220530号公報には、加工対象物(ワーク)を固定保持するテーブル9の下面に3個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1が固定され、テーブル9の下面が本体ケース16に接続されている構成の超音波振動テーブルが開示されている。そしてこれらのボルト締めランジュバン型超音波振動子1によって円盤状のテーブル9の上側表面に仮固定された加工対象物に超音波振動を付与することにより、硬脆材料から形成された加工対象物の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易になるとされている。 As another method, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-220530 shown in the plan view of FIG. 18 and the side view of FIG. 19 discloses three bolted Langevin types on the lower surface of the table 9 that holds and holds the workpiece (workpiece). An ultrasonic vibration table having a configuration in which the
しかしながら、超音波切削加工においては、工具が大型化した場合は、ワークと接触する工具の加工部分に均一な超音波振動を与えることが非常に難しい。
また、工具が小型化した場合、超音波振動を与える装置も小型化しなければならない。超音波振動装置が小型化すればするほど工具に与えられる振動エネルギーは小さくなってしまう。このため、工具が小型であるときは、超音波切削加工能力は小さくなってしまう欠点がある。However, in ultrasonic cutting, when the tool becomes large, it is very difficult to give uniform ultrasonic vibration to the processed portion of the tool that comes into contact with the workpiece.
In addition, when the tool is downsized, the device for applying ultrasonic vibration must be downsized. The smaller the ultrasonic vibration device is, the smaller the vibration energy given to the tool. For this reason, when a tool is small, there exists a fault that an ultrasonic cutting capability will become small.
一方、上記の超音波振動テーブルは、工具の形状と関係なく振動させることができる。しかし、図17に示す特開2002−355726号公報の超音波振動テーブルは、1個の超音波振動子の超音波放射面の面積がテーブルの面積に比較して小さいため図20に示すようにテーブル9全体には均一に振動変位が得られないという欠点がある。図20の一点鎖線は振動していないときのテーブル9の中心線を示す。そして二点鎖線はテーブル9が振動しているときの振幅幅を示している。テーブル9は、望ましくない曲げ振動が励起されてしまう様子を示している。
また振動するテーブル9と本来振動してはならないケーシングがガイド部材を通して接続するため、テーブル9の振動が抑制され、ケーシングまたはベースに振動が漏れる。このため同じ振動変位をテーブルが持つためにより多くの電力を投入しなければならないため発熱の問題が生じる。そして超音波振動テーブルを取り付けた加工装置に不要な振動が伝達してしまい加工装置の性能を低下させてしまうという問題点もある。On the other hand, the ultrasonic vibration table can be vibrated regardless of the shape of the tool. However, the ultrasonic vibration table disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-355726 shown in FIG. 17 has a smaller ultrasonic radiation surface area than one table as shown in FIG. The entire table 9 has a drawback that uniform vibration displacement cannot be obtained. The one-dot chain line in FIG. 20 indicates the center line of the table 9 when not vibrating. The two-dot chain line indicates the amplitude width when the table 9 is vibrating. Table 9 shows how undesirable bending vibrations are excited.
Further, since the vibrating table 9 and the casing that should not vibrate are connected through the guide member, the vibration of the table 9 is suppressed and the vibration leaks to the casing or the base. For this reason, since the table has the same vibration displacement, more power must be input, which causes a problem of heat generation. Further, there is a problem that unnecessary vibration is transmitted to the processing apparatus to which the ultrasonic vibration table is attached, and the performance of the processing apparatus is deteriorated.
図18、図19に示す特開2003−220530号公報の超音波振動テーブルは、テーブル9の下面の外周部が本体ケース16に接続されているため、特開2002−355726号公報の超音波振動テーブルと同様に振動するテーブル9と本来振動してはならない本体ケース16が固着しているため、テーブル9の振動が抑制され、本体ケース16またはベースに振動が漏れる。このため同じ振動変位をテーブルが持つためにより多くの電力を投入しなければならないため発熱の問題が生じる。そして超音波振動テーブルを取り付けた加工装置に不要な振動が伝達してしまい加工装置の性能を低下させてしまうという問題点もある。
また、テーブル9にだけ3個のボルト締めランジュバン型超音波振動子が固定されている。このため、図21に示すように本体ケース16との固着部が節となりテーブル9の中央部が振動の腹となる、いわば太鼓の振動モードとほぼ同じようになる。なお、一点鎖線は振動していないときのテーブル9の中心線を示す。そして二点鎖線はテーブルが振動しているときの振幅幅を示している。
したがって、テーブルの中で大きな振動変位の差が出現するので、場所により、超音波加工の効果が発揮できないという問題点がある。
さらに、この構成においてテーブルあるいは機械的負荷であるワークの重量が大きくなると、テーブルあるいはワークが振動の節に、そしてテーブル側と反対のボルト締めランジュバン型超音波振動子の面が振動の腹に近い状態になる。つまり、テーブルあるいはワークの重量により、テーブルの振幅量が大きく変化するという問題点がある。
本発明の目的は上述の問題点を解消する超音波振動テーブルを提供することにある。The ultrasonic vibration table of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-220530 shown in FIGS. 18 and 19 has an ultrasonic vibration of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-355726 because the outer peripheral portion of the lower surface of the table 9 is connected to the
Further, only three bolted Langevin type ultrasonic transducers are fixed to the table 9. For this reason, as shown in FIG. 21, the portion fixed to the
Therefore, since a large difference in vibration displacement appears in the table, there is a problem that the ultrasonic processing effect cannot be exhibited depending on the location.
Furthermore, when the weight of the table or the work that is a mechanical load increases in this configuration, the table or the work is close to the vibration node, and the surface of the bolted Langevin type ultrasonic transducer opposite to the table side is close to the vibration antinode. It becomes a state. That is, there is a problem that the amplitude amount of the table varies greatly depending on the weight of the table or the workpiece.
An object of the present invention is to provide an ultrasonic vibration table that solves the above-mentioned problems.
本発明は、工作機械に取り付けられ加工されるワークを固定保持する超音波振動テーブル装置において、一つのフロントマスに対してフロントマスの底面と平行な面に2個以上の圧電セラミックを持つボルト締めランジュバン型超音波振動子が用いられている超音波振動テーブル装置とするものである。The present invention relates to an ultrasonic vibration table apparatus that fixes and holds a workpiece to be processed by being attached to a machine tool, and is bolted with two or more piezoelectric ceramics on a surface parallel to the bottom surface of the front mass with respect to one front mass. The ultrasonic vibration table device uses a Langevin type ultrasonic transducer.
前記のボルト締めランジュバン型超音波振動子の振動の節部にサポート台を備え、そのサポート台がベース台に接続されている超音波振動テーブル装置とするものである。An ultrasonic vibration table device is provided in which a support base is provided at a vibration node of the bolted Langevin type ultrasonic vibrator, and the support base is connected to a base base.
本発明の超音波振動テーブルは、テーブル表面にほぼ均一の大きさの超音波振動が励起できるので、この面に保持固定されるワークにも場所によらず、ほぼ均一の大きさの超音波振動が伝播する。その結果、テーブルに保持固定されるワークの位置及びワークの大きさにほぼ影響を受けることなく、前記保持固定されたワークの加工速度の向上と難加工材料の加工および加工精度の向上が可能となる。 Since the ultrasonic vibration table of the present invention can excite substantially uniform ultrasonic vibration on the table surface, the ultrasonic vibration of almost uniform magnitude can be obtained regardless of the location of the work held and fixed on this surface. Is propagated. As a result, it is possible to improve the processing speed of the work that is held and fixed, the processing of difficult-to-process materials, and the processing accuracy without being substantially affected by the position and size of the work that is held and fixed on the table. Become.
本発明を、添付の図面を用いて説明する。図1は、本発明の超音波振動テーブルに用いるボルト締めランジュバン型超音波振動子をベース台に固定した平面図であり、そして図2はその側面図である。 The present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view of a bolted Langevin type ultrasonic transducer used in the ultrasonic vibration table of the present invention fixed to a base table, and FIG. 2 is a side view thereof.
ボルト締めランジュバン型超音波振動子については、「超音波工学」(丸善株式会社コロナ社、1993年発行)12〜22ページに詳しく記載されている。
一般的なボルト締めランジュバン型超音波振動子1の構成を図22の平面図および図22のA−A線で切断した側面断面図を図23に示す。電極板5の両側に圧電セラミック4を配置し、その外側にフロントマス2とリアマス3を配置し、これらをボルト6とナット17で締め付けて一体化した振動子をボルト締めランジュバン型超音波振動子1と呼んでいる。出力側のフロントマス2には連結ねじが設けてある。このボルト締めランジュバン型超音波振動子は、ある周波数の交番電界が圧電セラミックに加わることによって生ずる振動が機械的接合面を通して金属ブロック(フロントマスとリアマス)を含めた範囲で定在波を発生したとき、機械的共振を起こす。The bolted Langevin type ultrasonic transducer is described in detail in “Ultrasonic Engineering” (Corona Co., Ltd., published by Maruzen Co., Ltd., 1993), pages 12-22.
FIG. 23 shows a plan view of FIG. 22 and a side cross-sectional view of a general bolted Langevin type
図1及び図2に示すベース台10に取り付けたボルト締めランジュバン型超音波振動子1は、超音波振動テーブル用に設計および製作したものであり、フロントマス2の材料は、チタンである。フロントマス2の超音波放射面の形状は1辺が90mmの正方形であり、またその厚さは40mmである。また、フロントマス2の超音波放射面にはテーブルを接合するためのメネジが設けられている。フロントマス2の超音波放射面と反対側の面にも4個のメネジが設けられている。ただし、メネジ部は図面を簡単化するために省略した。
また、振動の節を支持するためとベース台10に取り付けるための4個のサポート台7がある。サポート台7は、円環状のサポート板12と円筒状の炭素繊維強化プラスチック製のサポート棒13をネジなどで接合して製作する。そしてサポート板12とサポート棒13の間に振動の伝達をさらに絶縁するために薄いゴム板を入れることもある。サポート板12の厚さは3mmである。圧電素子はPZT系圧電セラミック4a、4bであり、形状は外径36mmφ、内径16mmφそして厚さ5mmである。そしてその機械的品質係数Qは、1000を超えるhighQ材である。リアマス3もチタン製である。また、2個の圧電セラミック4a、4bの間にあるリン青銅製の電極板がある。形状は外径36mmφ、内径14.5mmφそして厚さ0.25mmである。さらに、これらを締め付け一体化するためのボルト6はチタン製である。サポート台の下面からボルトの頂面までの距離は約40mmである。
ボルト締めランジュバン型超音波振動子1は、フロントマス、サポート台、圧電セラミックおよびリアマスにボルトを通し、フロントマスに設けられたメネジとボルトによりこれらを締め付け一体化し製作する。The bolted Langevin type
There are also four
The bolt-clamped Langevin type
上記の構成は、一つのフロントマス2に対してフロントマス2の底面と平行な面に4個の圧電セラミック4a、4c、4e、4gを持つので、1個の圧電セラミック持つものに比較して、フロントマス2を一様に縦振動させるのに適したものである。
すなわち、一つのフロントマスに対してフロントマスの底面と平行な面に2個以上の圧電セラミックを持つボルト締めランジュバン型超音波振動子にすることでフロントマスの放射面により一様な振動を励起させることができる。
また、従来のボルト締めランジュバン型超音波振動子1では、縦振動を効率よく励起するにはフロントマスの最大径に対してその全長は約2倍以上が必要であるが、上記の構成では全長を2倍以下にすることができるので全長を小さくできる。
さらに、フロントマス1の超音波放射面の面積が圧電セラミックの外周が作る面積に対して3倍以下好ましくは2.5倍以下であるとフロントマスの前面で、より均一な縦振動を励起できる。フロントマスの超音波放射面の面積が圧電セラミックの外周が作る面積に対して3倍より大きくなると、フロントマスに曲げ振動が励起される恐れが大きくなる。The above configuration has four
In other words, by using a bolt-clamped Langevin type ultrasonic transducer with two or more piezoelectric ceramics in a plane parallel to the bottom of the front mass for one front mass, uniform vibration is excited by the radiation surface of the front mass. Can be made.
In addition, in the conventional bolted Langevin type
Further, when the area of the ultrasonic radiation surface of the
前記のボルト締めランジュバン型超音波振動子1の振動の節部にサポート台7を備え、そのサポート台7がベース台10に接続されているので、ランジュバン型超音波振動子1の振動が他の部分に伝播しないので効率高く振動させることができる。 Since the
また、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の振動が他の装置等に伝播し、その装置に損傷などを与えることがない。 Further, the vibration of the bolted Langevin type ultrasonic transducer is not propagated to other devices, and the device is not damaged.
さらに、ボルト締めランジュバン型超音波振動子1の1個のフロントマス2に対して4個のサポート台7a,7b、7c、7dを持っているので振動の節の位置を理想に近い分布にすることができる。
すなわち複数のサポート台を持つことにより理想に近い振動の節を得ることができる。Furthermore, since the four
That is, it is possible to obtain a vibration node close to ideal by having a plurality of support bases.
図3は、上述したボルト締めランジュバン型超音波振動子1a、1b、1c、1dを用いた本発明の超音波振動テーブル8の一例を示す平面図であり、そして図4はサポート台7の一部を切り欠いた側面図である。アルミ製のテーブル9の形状は一辺が約220mmの正方形の板状でありその板厚は10mmである。テーブル9にはボルト締めランジュバン型超音波振動子1a、1b、1c、1dと接合する穴、そしてワークまたはワークを固定する固定板をテーブルに固定するための固定具を取り付けるメネジが設けられている。ベース台10に取り付けた4個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1a、1b、1c、1dは図1、2に示したものである。ベース台10の概略の形状は正方形板であり、正方形の一辺は約240mm、厚さ15mmである。ベース台10の材料はSUS303である。ベース台10にはボルト締めランジュバン型超音波振動子1のサポート台7と接合するメネジ、そして加工装置に取り付けるための穴が四隅付近に設けられている。
超音波振動テーブル8の組み立ては、以下のようにする。まず4個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1a、1b、1c、1dのサポート台7とベース台10はネジで接合する。次にアルミ製のテーブル9と4個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1a、1b、1c、1dのフロントマス2をネジで接合する。この際、合わせてエポキシ樹脂で接合してもよい。FIG. 3 is a plan view showing an example of the ultrasonic vibration table 8 of the present invention using the bolted Langevin type
The assembly of the ultrasonic vibration table 8 is performed as follows. First, the
次にこの超音波振動テーブル8の動作例について説明する。図5は図3、図4に示した超音波振動テーブル8のテーブル、固定具、固定板およびワークだけを示す平面図、そして、図6はその側面図である。これ以外は図面の都合上図示することを省略した。
ダイサーにこの超音波振動テーブル8を取り付ける。そして切削すべきセラッミク製のワーク11を固定するカーボン製の固定板14にワックスで仮接合する。カーボン板はワークとともに切断されるが、それより下の位置の部材にはダメージを与えないために使用される。さらにワーク11を取り付けたカーボン製の固定板14を固定具15にワックスを用いて仮接合する。固定具15はボルト6によりテーブル9に固着する。なお、テーブル9にワーク11を含む固定板14を保持固定するには、ワックスによる接着、テーブルにネジ等により固定する、真空装置により固定する、磁気的に固定する、静電的に固定する、冷凍して固定するなどの方法がある。Next, an operation example of the ultrasonic vibration table 8 will be described. FIG. 5 is a plan view showing only the table, fixture, fixing plate and workpiece of the ultrasonic vibration table 8 shown in FIGS. 3 and 4, and FIG. 6 is a side view thereof. Except for this, illustration is omitted for the convenience of the drawings.
The ultrasonic vibration table 8 is attached to the dicer. Then, it is temporarily joined with a wax to a
次に、4個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1a、1b、1c、1dに超音波発振器からの約20Khzの交流電圧を印加する。これにより4個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1a、1b、1c、1dは超音波振動する。 Next, an alternating voltage of about 20 Khz from the ultrasonic oscillator is applied to the four bolted Langevin type
この超音波振動テーブル8のテーブルはほぼ一様な縦振動する。これはボルト締めランジュバン型超音波振動子1のフロントマスの振動放射面の面積が大きく、一様な縦振動をするので、その上に取り付けられたテーブル9は、ほぼ一様な縦振動する。
テーブル9の面積に対して、ボルト締めランジュバン型超音波振動子1のフロントマスの面積が40%以上望ましくは50%以上であると、テーブルは、ほぼ一様な縦振動する。The table of this ultrasonic vibration table 8 vibrates substantially uniformly. This is because the area of the vibration radiating surface of the front mass of the bolted Langevin type
When the area of the front mass of the bolted Langevin type
テーブルの面積に対して、テーブルと接するボルト締めランジュバン型超音波振動子のフロントマスの面積が40%より小さいとテーブルに曲げ振動が励起されやすくなり、テーブルに一様な縦振動を励起できなくなる恐れがある。 If the area of the front mass of the bolted Langevin type ultrasonic transducer in contact with the table is less than 40% of the table area, bending vibration is likely to be excited in the table, and uniform longitudinal vibration cannot be excited in the table. There is a fear.
超音波振動テーブルを動作させると、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の振動はアルミ製のテーブルを通してワークに伝播する。ワークに超音波振動が励起されると、超音波加工の効果によりダイサーの切断能力は大きく向上する。 When the ultrasonic vibration table is operated, the vibration of the bolted Langevin type ultrasonic transducer propagates to the workpiece through the aluminum table. When ultrasonic vibration is excited on the workpiece, the cutting ability of the dicer is greatly improved due to the effect of ultrasonic processing.
切断効果の具体的な数値ではダイサーのスピンドル電流が約20パーセント低くなり、ブレードの消耗量は約40パーセント小さくなった。 Specific figures for the cutting effect resulted in about 20 percent lower dicer spindle current and about 40 percent lower blade wear.
これは「超音波便覧」(丸善株式会社、平成11年発行)679〜684ページに詳しく記載されている効果である。つまり、超音波切削加工は、切削抵抗が低減するため、切削ツールの摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、切削ツールの寿命が長くなることを証明している。 This is an effect described in detail on pages 679 to 684 of “Ultrasonic Handbook” (Maruzen Co., Ltd., issued in 1999). In other words, ultrasonic cutting has proved that the cutting force is reduced, so that the frictional heat of the cutting tool is small, the thermal distortion of the processed surface is small, and the life of the cutting tool is extended.
また、ダイサーの加工条件を変えても同様の効果が確認できた。さらに切断されたセラッミク製のワークのチッピングも大幅に減少した。このように加工精度の向上にもつながった。これについても「超音波便覧」(丸善株式会社、平成11年発行)679〜684ページに詳しく記載されている内容の効果が確認された。 Moreover, the same effect was confirmed even if the processing conditions of the dicer were changed. In addition, chipping of cut ceramic ceramic workpieces has been greatly reduced. In this way, machining accuracy was improved. The effect of the content described in detail on pages 679-684 of “Ultrasonic Handbook” (Maruzen Co., Ltd., published in 1999) was also confirmed.
最適な超音波振動テーブルを構成するには、上述したボルト締めランジュバン型超音波振動子の形状と同じようにボルト締めランジュバン型超音波振動子1の支持方法が重要である。 In order to configure an optimum ultrasonic vibration table, the method for supporting the bolted Langevin type
超音波振動テーブルが安定して動作するためには、機械的負荷が加わってもテーブルが上下に平面的に振動すること、そして振動の節の位置が変化しないことが望まれる。これを実現する構成は図3、図4が示すようにボルト締めランジュバン型超音波振動子の振動の節をサポート台によりベース台に固定する必要がある。 In order for the ultrasonic vibration table to operate stably, it is desirable that the table vibrates in a vertical plane even when a mechanical load is applied, and that the position of the vibration node does not change. In order to realize this, as shown in FIGS. 3 and 4, it is necessary to fix the vibration node of the bolted Langevin type ultrasonic vibrator to the base table by the support table.
また、振動の節の位置付近には圧電セラミックがあるようにすることが望ましい。なぜなら、圧電セラミックは引張り応力に対して金属材料に比較して弱い。そのため圧電セラミックは振動の節の近傍にあり常に圧縮応力が加わっている状態にしておく必要がある。
そのためにも図3、図4が示すようにボルト締めランジュバン型超音波振動子の振動の節付近をサポート台によりベース台に固定する必要がある。It is also desirable to have a piezoelectric ceramic near the position of the vibration node. This is because a piezoelectric ceramic is weaker than a metal material with respect to tensile stress. Therefore, it is necessary to keep the piezoelectric ceramic in the vicinity of the vibration node and to which a compressive stress is always applied.
For this purpose, as shown in FIGS. 3 and 4, it is necessary to fix the vicinity of the vibration node of the bolted Langevin type ultrasonic transducer to the base table by the support table.
さらに超音波振動テーブルの振動の節位置がボルト締めランジュバン型超音波振動子の節位置だけあることが望ましい。なぜなら他の位置に節があるとは圧電セラミックに引張り応力が作用してしまい圧電セラミックの破損の恐れがある。
そのための構成としては、図3、図4が示すようにボルト締めランジュバン型超音波振動子の節部をベース台に固定する必要がある。Furthermore, it is desirable that the vibration node position of the ultrasonic vibration table is only the node position of the bolted Langevin type ultrasonic transducer. This is because if there are nodes at other positions, a tensile stress acts on the piezoelectric ceramic and the piezoelectric ceramic may be damaged.
As a configuration for that purpose, as shown in FIGS. 3 and 4, it is necessary to fix the node portion of the bolted Langevin type ultrasonic transducer to the base.
特開2002−355726号公報および特開2003−220530号公報のようにテーブルがベース台に接続されている構成は、テーブルが節になる可能性があるため望ましくない。
必要な構成は図3、図4が示すようにボルト締めランジュバン型超音波振動子のフロントマスにテーブルが接合されているだけで、他とは一切接続されていないことである。The configuration in which the table is connected to the base table as in JP-A-2002-355726 and JP-A-2003-220530 is not desirable because the table may become a node.
The necessary configuration is that the table is merely joined to the front mass of the bolted Langevin type ultrasonic transducer as shown in FIGS. 3 and 4 and is not connected to anything else.
また、超音波振動テーブルのテーブル面積がフロントマスの超音波放射面の面積に比較して2.5倍以上であるときは、テーブルの振動分布が悪くなってしまうのでこれを改善するために、2個以上のボルト締めランジュバン型超音波振動子を配置して、テーブル面積がフロントマスの超音波放射面の面積に対して2.5倍以下にすることが望ましい。 In addition, when the table area of the ultrasonic vibration table is 2.5 times or more compared to the area of the ultrasonic radiation surface of the front mass, the vibration distribution of the table becomes worse, so to improve this, It is desirable to arrange two or more bolted Langevin type ultrasonic transducers so that the table area is 2.5 times or less than the area of the ultrasonic radiation surface of the front mass.
さらに、超音波振動テーブルのテーブル面積がフロントマスの超音波放射面の面積に比較して2.5倍以上であるときは、テーブルの自重およびワークなどの重量により撓む恐れがあり精密加工用のテーブルとしては不適になるという問題もある。 Furthermore, when the table area of the ultrasonic vibration table is 2.5 times or more than the ultrasonic radiation surface area of the front mass, there is a risk of bending due to the weight of the table and the weight of the workpiece, etc. There is also a problem that it becomes unsuitable as a table.
特開2003−220530号公報のようにテーブル下面にボルト締めランジュバン型超音波振動子が接合された構成は、テーブルの端部だけで支持しているのでボルト締めランジュバン型超音波振動子の数が増えるほど中央部が撓んでしまう。このような構成では高精度のテーブル装置として不適である。 In the configuration in which bolt-tightened Langevin type ultrasonic transducers are joined to the lower surface of the table as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-220530, the number of bolt-tightened Langevin type ultrasonic transducers is supported only by the end of the table. As the number increases, the central portion is bent. Such a configuration is not suitable as a high-precision table device.
超音波振動テーブルのテーブル面積が大きいときに必要な構成は、テーブル下面を複数の面で支持する構成がテーブルの剛性を高めるために望ましい。これに最適な構成は図3、図4が示すように2個以上のボルト締めランジュバン型超音波振動子のフロントマスをテーブル接合し、さらにボルト締めランジュバン型超音波振動子の節部付近をベース台に接続固定するものである。 The structure required when the table area of the ultrasonic vibration table is large is preferably a structure in which the lower surface of the table is supported by a plurality of surfaces in order to increase the rigidity of the table. The optimum configuration for this is as shown in FIGS. 3 and 4, in which the front masses of two or more bolted Langevin type ultrasonic transducers are joined to the table, and further, the bases near the joints of the bolted Langevin type ultrasonic transducers are used as a base. It is connected and fixed to the base.
本発明の別の形態として、ベース台10に取り付けられたボルト締めランジュバン型超音波振動子1を図7の平面図、図8の側面図に示す。このアルミ製のフロントマス2の表面にメネジを設けている。このフロントマス2に直接ワークそしてワークを取り付けた固定板などを固定できるので、このままでも超音波振動テーブルとなる。
フロントマス2とチタン製のサポート板12、2個の圧電セラミックを1組とする16組の圧電セラミック4、電極板そしてアルミ製のリアマス3をチタン製のボルト6により締め付けボルト締めランジュバン型超音波振動子1とする。そしてこのボルト締めランジュバン型超音波振動子1はサポート板12に取り付けられた25本の高密度ポリエチレン製のサポート棒13によりステンレス製のベース台10に取り付けられることにより支持される。
またこの構成においてフロントマス2とサポート板12を一体化することもできる。すなわち、フロントマス2に直接25本13のサポート棒を接合してもよい。
このような構成にすることで大きな面積を必要とする超音波振動テーブルでも1つのボルト締めランジュバン型超音波振動子1用いるだけでよいため、組み立てが簡単になる。As another embodiment of the present invention, a bolted Langevin type
A
In this configuration, the
With such a configuration, even an ultrasonic vibration table that requires a large area needs only to use one bolt-clamped Langevin type
ベース台10に取り付けられたボルト締めランジュバン型超音波振動子1を図9の平面図、図10の側面図に示す。これは図7の平面図、図8の側面図に示したベース台10に取り付けられたボルト締めランジュバン型超音波振動子1の圧電セラミック4の位置をサポート板12の両側に変更したものである。
サポート板12の両側に圧電セラミック4a、4b、4c、4dを配置しているのでボルト締めランジュバン型超音波振動子1を振動させたときに圧電セラミックの変位が最も小さいので圧電セラミックの破損の心配が一番小さい。The bolted Langevin type
Since the
ベース台10に取り付けられたボルト締めランジュバン型超音波振動子1を図11の平面図、図12の側面図に示す。これは図7の平面図、図8の側面図に示したベース台に取り付けられたボルト締めランジュバン型超音波振動子1の圧電セラミック4a、4bの位置をサポート板12の上側に変更したものである。
サポート板12の上側に圧電セラミックを配置しているのでフロントマスの縦振動の変位量が大きくできるので大きな振動変位量が必要なときに適している。A bolted Langevin type
Since the piezoelectric ceramic is arranged on the upper side of the
図7の平面図、図8の側面図に示すボルト締めランジュバン型超音波振動子1のフロントマス2の別の構成を図13の平面図、図14の側面図に示す。フロントマス2に超音波振動が縦方向だけに伝播するように振動の伝播方向に沿ってスリット18を設ける。
このような構成にすることでより一様な縦振動を励起する超音波振動テーブルを提供できる。Another configuration of the
With this configuration, it is possible to provide an ultrasonic vibration table that excites more uniform longitudinal vibration.
本発明のさらに別の形態として、ベース台10に取り付けられたボルト締めランジュバン型超音波振動子1を図15の平面図、図16の側面図に示す。このチタン製のフロントマス2の表面にメネジを設けている。このフロントマス2に直接ワークそしてワークを取り付けた固定板などを固定できるので、このままでも超音波振動テーブルとなる。
フロントマス2と4個のチタン製のサポート板、2個の圧電セラミックを1組とする4組の圧電セラミック4、電極板そしてチタン製のリアマス3をチタン製のボルト6により締め付けボルト締めランジュバン型超音波振動子1とする。そしてこのボルト締めランジュバン型超音波振動子1はサポート板12に取り付けられた4個の高密度ポリエチレン製の円筒状のサポート棒13によりステンレス製のベース台10に取り付けられることにより支持される。As yet another embodiment of the present invention, a bolted Langevin type
A
フロントマス2は4角錐状であり、超音波放射面の面積は、圧電セラミック側の面より小さいのでフロントマス先端面では振動変位が拡大される。したがって、このような形状は振動変位が不足する場合には有効な対策になる。 Since the
なお超音波振動テーブルは、振動数が15KHz以下になってしまうと騒音が大きくなってしまい、100KHzを超えるランジュバン型の超音波振動子の振動振幅は小さく振動テーブルの振動源としては適さない。 The ultrasonic vibration table is noisy when the vibration frequency is 15 KHz or less, and the vibration amplitude of the Langevin type ultrasonic transducer exceeding 100 KHz is small and is not suitable as a vibration source of the vibration table.
したがって、超音波振動テーブルは、ボルト締めランジュバン型超音波振動子に印加する交流電圧の周波数が15Khz以上、100Khz以下であることが望ましい。 Therefore, in the ultrasonic vibration table, it is desirable that the frequency of the AC voltage applied to the bolted Langevin type ultrasonic transducer is 15 Khz or more and 100 Khz or less.
本発明の超音波振動テーブルは、機械加工設備などにおいて使用される加工テーブルとして用いることができる。 The ultrasonic vibration table of the present invention can be used as a processing table used in a machining facility or the like.
1 ボルト締めランジュバン型超音波振動子
2 フロントマス
3 リアマス
4 圧電セラミック
5 電極板
6 ボルト
7 サポート台
8 超音波振動テーブル
9 テーブル
10 ベース台
11 ワーク
12 サポート板
13 サポート棒
14 固定板
15 固定具
16 本体ケース
17 ナット
18 スリットDESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004378058A JP2006150329A (en) | 2004-11-29 | 2004-11-29 | Ultrasonic vibration table |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004378058A JP2006150329A (en) | 2004-11-29 | 2004-11-29 | Ultrasonic vibration table |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006150329A true JP2006150329A (en) | 2006-06-15 |
Family
ID=36629236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004378058A Withdrawn JP2006150329A (en) | 2004-11-29 | 2004-11-29 | Ultrasonic vibration table |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006150329A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009096347A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Ultrasonic wave generating device, and apparatus having the device |
| JP7171117B1 (en) * | 2022-04-08 | 2022-11-15 | 本多電子株式会社 | ultrasonic radiation unit |
| CN119733635A (en) * | 2024-12-30 | 2025-04-01 | 哈尔滨理工大学 | An ultrasonic auxiliary device for high-performance coating manufacturing and a method of using the same |
-
2004
- 2004-11-29 JP JP2004378058A patent/JP2006150329A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009096347A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Ultrasonic wave generating device, and apparatus having the device |
| JPWO2009096347A1 (en) * | 2008-01-31 | 2011-05-26 | 三菱電機株式会社 | Ultrasonic generator and equipment equipped with the same |
| JP7171117B1 (en) * | 2022-04-08 | 2022-11-15 | 本多電子株式会社 | ultrasonic radiation unit |
| WO2023195179A1 (en) * | 2022-04-08 | 2023-10-12 | 本多電子株式会社 | Ultrasonic wave radiation unit |
| CN119733635A (en) * | 2024-12-30 | 2025-04-01 | 哈尔滨理工大学 | An ultrasonic auxiliary device for high-performance coating manufacturing and a method of using the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5020962B2 (en) | Disc-shaped cutting tool and cutting device | |
| JP6673961B2 (en) | Ultrasonic compound vibration processing equipment | |
| JPWO2014017460A1 (en) | Support structure of ultrasonic vibrator with tool | |
| US6871770B2 (en) | Ultrasonic transducer | |
| JP2010030028A (en) | Ultrasonic cutting tool shank | |
| CN113510060B (en) | Ultrasonic elliptical vibration cutting device with longitudinal and bending compound vibration mode | |
| CN111482347A (en) | An ultrasonic vibration platform for machining large parts and its operation process | |
| CN113714862B (en) | Large-amplitude ultrasonic vibration auxiliary grinding device based on vibration superposition and operation process thereof | |
| JP6585217B2 (en) | Compound bending vibration detection method | |
| JP2006150329A (en) | Ultrasonic vibration table | |
| JP2006212619A (en) | Ultrasonic machining apparatus | |
| JP2006142468A (en) | Ultrasonic vibrating table | |
| JP3676769B2 (en) | Machining tools | |
| JP2020028873A (en) | Langevin type ultrasonic vibrator and method of supporting the same | |
| JP2006198758A (en) | Ultrasonic vibration table | |
| JP2006088135A (en) | Ultrasonic vibration table | |
| JP2010005779A (en) | Ultrasonic tool shank | |
| JP2006205140A (en) | Ultrasonic machining apparatus | |
| CN211343852U (en) | Near-field ultrasonic suspension device with vibration reduction mechanism | |
| JP2014507289A (en) | Method and apparatus for generating a vibrating motion of a mass | |
| JP2004351605A (en) | Ultrasonic vibrating table | |
| JP2024096655A (en) | Method of supporting ultrasonic vibrator | |
| JP2007038620A (en) | Disc-like blade and cutting apparatus | |
| JP6821187B2 (en) | Support structure of Langevin type ultrasonic oscillator | |
| JP2002336775A (en) | Ultrasonic torsional vibration type blade drive unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |