JP2006150329A - 超音波振動テーブル - Google Patents
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Abstract
【課題】 機械加工装置にワークを固定保持する加工テーブルにおいて、加工テーブル全体にほぼ均一な超音波振動を与え、機械加工速度および加工精度を向上させることを提供すること。
【解決手段】 フロントマス2の超音波放射面と反対側の面に4組のサポート台7、圧電セラミック4、リアマス3を4本のボルト6により締め付け一体化し、1個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1を構成する。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子1の振動の節を支持する4個のサポート台7をベース台10に取り付ける。
【選択図】 図2
【解決手段】 フロントマス2の超音波放射面と反対側の面に4組のサポート台7、圧電セラミック4、リアマス3を4本のボルト6により締め付け一体化し、1個のボルト締めランジュバン型超音波振動子1を構成する。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子1の振動の節を支持する4個のサポート台7をベース台10に取り付ける。
【選択図】 図2
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (2)
- 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ことを特徴とする超音波振動テーブル装置。
- 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ことを特徴とする超音波振動テーブル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004378058A JP2006150329A (ja) | 2004-11-29 | 2004-11-29 | 超音波振動テーブル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004378058A JP2006150329A (ja) | 2004-11-29 | 2004-11-29 | 超音波振動テーブル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006150329A true JP2006150329A (ja) | 2006-06-15 |
Family
ID=36629236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004378058A Withdrawn JP2006150329A (ja) | 2004-11-29 | 2004-11-29 | 超音波振動テーブル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006150329A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009096347A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Mitsubishi Electric Corporation | 超音波発生装置及びそれを備えた設備機器 |
| JP7171117B1 (ja) * | 2022-04-08 | 2022-11-15 | 本多電子株式会社 | 超音波放射ユニット |
| CN119733635A (zh) * | 2024-12-30 | 2025-04-01 | 哈尔滨理工大学 | 一种用于高性能涂层制造的超声波辅助装置及其使用方法 |
-
2004
- 2004-11-29 JP JP2004378058A patent/JP2006150329A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009096347A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Mitsubishi Electric Corporation | 超音波発生装置及びそれを備えた設備機器 |
| JPWO2009096347A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2011-05-26 | 三菱電機株式会社 | 超音波発生装置及びそれを備えた設備機器 |
| JP7171117B1 (ja) * | 2022-04-08 | 2022-11-15 | 本多電子株式会社 | 超音波放射ユニット |
| WO2023195179A1 (ja) * | 2022-04-08 | 2023-10-12 | 本多電子株式会社 | 超音波放射ユニット |
| CN119733635A (zh) * | 2024-12-30 | 2025-04-01 | 哈尔滨理工大学 | 一种用于高性能涂层制造的超声波辅助装置及其使用方法 |
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Legal Events
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |