JP2014069274A - 捩り振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置が大型化してしまうのを抑制することができるとともに、複数の捩り振動子で生じた捩り振動を効率的かつ確実に合成することができる捩り振動装置を提供する。
【解決手段】電気ひずみ現象により捩り振動を生じさせ得る捩り振動子１と、捩り振動子１と連結され、当該捩り振動子１で生じた捩り振動が伝達可能な振動体２とを具備した捩り振動装置であって、捩り振動子１は、振動体２の外周面に複数取り付けられ、それぞれの捩り振動子１からの捩り振動が合成されて当該振動体２を捩り振動させ得るとともに、当該捩り振動子１の振動軸Ｌ１が振動体２の振動軸Ｌ２と略直交して成るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気ひずみ現象により捩り振動を付与し得る捩り振動子と、該捩り振動子と連結され、当該捩り振動子から付与される捩り振動が伝達されて振動し得る振動体とを具備した捩り振動装置に関するものである。

捩り振動装置は、例えば特許文献１にて開示されているように、すべり素子と称される圧電素子から成る捩り振動子を具備しており、当該捩り振動子により生じた捩り振動を利用して種々材質のワークに対して切削加工や溶着加工等の接合を行わせ得るものとされている。例えば、特許文献１にて開示されたランジュバン型と称される捩り振動子は、一対の電歪素子を対向させてそれぞれに電圧を印加することで、捩り振動を生じさせ得るものとされており、その生じた捩り振動を振動伝達用コーン及びホーンに伝達させ、当該ホーンに形成された刃物にて切削加工が行われるよう構成されていた。

特開２０００−２１８４０３号公報

しかしながら、上記従来の捩り振動装置においては、以下の如き問題があった。
加工速度及び加工効率の向上を目的として、捩り振動子を複数具備させ、それら捩り振動子で生じた捩り振動を合成することで、より大きな捩り振動を得る如きニーズが高まりつつあることから、本出願人は、当該ニーズに対応すべく複数の捩り振動子を直列に接続させたものを検討するに至った。すなわち、複数の捩り振動子を略直線状に接続し、その一端に振動伝達用コーン等を接続させて構成するとともに、各捩り振動子に通電して捩り振動を生じさせることで、当該振動伝達用コーン等に対してより大きな捩り振動を伝達させ、その振動を利用して切削加工等の所望加工を行わせ得るものを検討するに至ったのである。

しかるに、この場合、捩り振動子を直列に接続した方向に寸法が長くなってしまい、当該方向に対する装置の全長が大きくなって装置の大型化を招来してしまうという不具合がある。また、個々の捩り振動子による捩り振動のばらつきを補正してバランスを保持させる必要が生じてしまい、別個に制振体等を介在させる必要があった。なお、振動伝達用コーン等から遠ざかるに従い、生じる捩り振動が大きくなる如き微妙な調整が必要となってしまう虞もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置が大型化してしまうのを抑制することができるとともに、複数の捩り振動子で生じた捩り振動を効率的かつ確実に合成することができる捩り振動装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、電気ひずみ現象により捩り振動を生じさせ得る捩り振動子と、該捩り振動子と連結され、当該捩り振動子で生じた捩り振動が伝達可能な振動体とを具備した捩り振動装置であって、前記捩り振動子は、前記振動体の外周面に複数取り付けられ、それぞれの捩り振動子からの捩り振動が合成されて当該振動体を捩り振動させ得るとともに、当該捩り振動子の振動軸が前記振動体の振動軸と略直交して成ることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の捩り振動装置において、前記振動体は、その振動軸を中心軸とした略円柱状部材又は略円筒状部材から成ることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の捩り振動装置において、前記捩り振動子は、前記振動体の捩り振動方向とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で当該振動体に連結されたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の捩り振動装置において、前記振動体の側面には、その振動軸と略平行に延びる平面部が形成されるとともに、前記捩り振動子は、当該平面部に対する接触面と非接触面とを有したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の捩り振動装置において、前記振動子が取り付けられた複数の振動体を直列的に連結させて成ることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、捩り振動子は、振動体の外周面に複数取り付けられ、それぞれの捩り振動子からの捩り振動が合成されて当該振動体を捩り振動させ得るとともに、当該捩り振動子の振動軸が振動体の振動軸と略直交して成るので、装置が大型化してしまうのを抑制することができるとともに、複数の捩り振動子で生じた捩り振動を効率的かつ確実に合成することができる。

請求項２の発明によれば、振動体は、その振動軸を中心軸とした略円柱状部材又は略円筒状部材から成るので、外周面に複数の捩り振動子を容易に取り付けることができるとともに、その外周面に取り付けられた複数の捩り振動子にて生じた捩り振動を確実かつ円滑に合成することができる。

請求項３の発明によれば、捩り振動子は、振動体の捩り振動方向とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で当該振動体に連結されたので、複数の捩り振動子にて生じた捩り振動をより効率的に合成することができる。

請求項４の発明によれば、振動体の側面には、その振動軸と略平行に延びる平面部が形成されるとともに、前記捩り振動子は、当該平面部に対する接触面と非接触面とを有したので、より簡易な構成にて、振動体の捩り振動方向とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で捩り振動子を振動体に連結させることができる。

請求項５の発明によれば、振動子が取り付けられた複数の振動体を直列的に連結させて成るので、更なる大容量かつ高出力の捩り振動を得ることができる。

本発明の実施形態に係る捩り振動装置を加工装置に取り付けた状態を示す模式図 同捩り振動装置における捩り振動子の内部構造を示す縦断面図 同捩り振動装置を示す斜視図 同捩り振動装置を示す３面図 同捩り振動装置における振動体を示す断面図 同捩り振動装置における捩り振動子と振動体との連結部を示す拡大図 図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図 本発明の他の実施形態に係る捩り振動装置を示す斜視図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る捩り振動装置は、捩り振動を利用して所望材質のワークを加工し得る加工装置（本実施形態においては、ワークを切削加工するための切削加工装置）に配設されたもので、図１に示すように、複数の捩り振動子１と、これら複数の捩り振動子１が取り付けられた振動体２とを有して構成されている。なお、本実施形態に係る加工装置は、振動体２に振動伝達用コーン３及びホーン４が連結されており、当該ホーン４の先端部にドリルやエンドミル等の切削工具５が取り付けられるよう構成されている。

捩り振動子１は、所謂ランジュバン型と称される振動子（ＢＬＴ）から成るもので、図２に示すように、一対の電歪素子１ａ、１ｂと、一方の電歪素子１ａに接続された前面体１ｃと、他方の電歪素子１ｂに接続された背面体１ｄと、当該捩り振動子１を振動体２に連結させるための連結ネジＢ１とを有して構成されている。そして、電歪素子１ａ、１ｂは、図示しない端子を介してそれぞれ所定の電圧が印加可能とされており、当該電圧が印加されることにより、電気ひずみ現象（電歪）を生じさせて、振動軸Ｌ１を中心とした捩り振動が生じ得るようになっている。なお、本実施形態に係る捩り振動子１は、電歪素子１ａ、１ｂを用いて電気ひずみ現象（電歪）を生じさせるものとされているが、これに代えて、磁気ひずみ効果（磁歪）を利用して捩り振動を生じさせるものとしてもよい。

振動体２は、複数の捩り振動子１（本実施形態においては６個の捩り振動子１）と連結され、当該捩り振動子１で生じた捩り振動が伝達可能なものであり、例えばアルミ材やＳＵＳ等の金属から成るものである。より具体的には、本実施形態に係る振動体２は、図３、４に示すように、その外周面における周方向に対して略等間隔に複数の捩り振動子１がそれぞれ取り付けられており、各捩り振動子１で生じた捩り振動を受けるとともに、それらの合成された振動にて捩り振動し得るよう構成されている。

また、本実施形態に係る振動体２は、図５〜７に示すように、その側面において、捩り振動子１に形成された連結ネジＢ１を螺合可能とされており、当該螺合により捩り振動子１と連結可能とされているとともに、捩り振動子１の振動を受けて振動軸Ｌ２を中心として捩り振動可能とされている。すなわち、振動体２は、その振動軸Ｌ２を中心軸とした略円柱状部材又は略円筒状部材から成り、側面に接続された複数の捩り振動子１からの捩り振動を合成し得るよう構成されているのである。

ここで、本実施形態に係る捩り振動子１は、振動体２の捩り振動方向とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で当該振動体２に連結されている。具体的には、振動体２の側面（捩り振動子１の取付部位）には、所定幅を有しつつその振動軸Ｌ２と略平行に延びる平面部２ａが形成されるとともに、捩り振動子１は、図７に示すように、当該平面部２ａに対する接触面αと非接触面βとを有しつつ振動体２の側面に取り付けられている。

すなわち、平面部２ａの幅寸法は、捩り振動子１の振動体２に対する取付面の直径より小さく設定されており、当該捩り振動子１を振動体２の側面に取り付けた状態において、幅方向両端部（被接触面β）が平面部２ａから離間するとともに、中央部（接触面α）が平面部２ａと接触するよう構成されているのである。しかして、捩り振動子１にて振動軸Ｌ１を中心とした捩り振動が生じると、その捩り振動のうち図６で示すｂ方向の成分の伝達が抑制される一方、同図で示すａ方向の成分の伝達が許容されており、かかる連結構造により、振動体２の捩り振動方向とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で捩り振動子１と振動体２とが連結されている。

また、振動体２は、その底面中央部において連結ネジＢ２が形成されており、当該連結ネジＢ２を介して加工装置の振動伝達用コーン３が連結されるようになっている。かかる振動伝達用コーン３には、ホーン４の基端が連結されており、当該ホーン４の先端には切削工具５が取り付けられている。しかして、複数の捩り振動子１でそれぞれ生じた振動軸Ｌ１を中心とした捩り振動は、振動体２に伝達されて合成された後、振動軸Ｌ２を中心として当該振動体２を捩り振動させ、振動伝達用コーン３及びホーン４を介して切削工具５に伝達されることとなる。

このように、複数の捩り振動子１にて生じた捩り振動が振動体２にて合成され、その合成された捩り振動が切削工具５に伝達されるので、当該振動体２にて合成された大きな捩り振動にて切削工具５による切削加工を行わせることができる。なお、図１中符号３ａは、振動伝達用コーン３に形成されるとともに加工装置の筐体に固定するためのフランジを示しており、かかるフランジ３ａが伝達される捩り振動の節の位置（振動が零の不動点）に形成されることで、振動の伝達が妨げられないようになっている。

上記実施形態によれば、捩り振動子１は、振動体２の外周面に複数取り付けられ、それぞれの捩り振動子１からの捩り振動が合成されて当該振動体２を捩り振動させ得るとともに、当該捩り振動子１の振動軸Ｌ１が振動体２の振動軸Ｌ２と略直交して成るので、装置が大型化してしまうのを抑制することができるとともに、複数の捩り振動子１で生じた捩り振動を効率的かつ確実に合成することができる。さらに、上記実施形態によれば、複数の捩り振動子１を具備しているので、大容量かつ高出力の捩り振動を得ることができる。

また、本実施形態に係る振動体２は、その振動軸Ｌ２を中心軸とした略円柱状部材又は略円筒状部材から成るので、外周面に複数の捩り振動子１を容易に取り付けることができるとともに、その外周面に取り付けられた複数の捩り振動子１にて生じた捩り振動を確実かつ円滑に合成することができる。なお、振動体２は、略円柱状部材又は略円筒状部材から成るものに限定されず、例えば断面矩形状の柱状又は筒状部材から成り、その側面に複数の捩り振動子１が取り付けられたものであってもよい。

さらに、捩り振動子１は、振動体２の捩り振動方向（振動軸Ｌ２を中心とした捩り振動方向）とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で当該振動体２に連結されたので、複数の捩り振動子１にて生じた捩り振動をより効率的に合成することができる。特に、振動体２の側面には、その振動軸Ｌ２と略平行に延びる平面部２ａが形成されるとともに、捩り振動子１は、当該平面部２ａに対する接触面αと非接触面βとを有したので、より簡易な構成にて、振動体２の捩り振動方向とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で捩り振動子１を振動体２に連結させることができる。

ところで、捩れ振動による振動切削は、刃先の変位から回転工具による切削の理に適っており、またその効果も実証されている。例えば、ミーリング、ドリルなどの応用により、振動による効果が得られるものとされているものの、近時においては、さらに大容量かつ高出力の装置を求める要求が大きくなっており、大容量かつ高出力の振動体が望まれてきている。そこで、上記した実施形態によれば、大容量かつ高出力を得る如き近時の要求を満たす捩り振動装置を提供することができ、社会的効果が非常に大きなものとなっている。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば振動体の側面に対して捩り振動子１を２〜５個、或いは７個以上取り付けたものとしてもよく、さらには、振動体２を振動軸Ｌ２方向に長く延設させ、当該振動軸Ｌ２の方向に並べて複数の捩り振動子１を取り付けるようにしてもよい。また、例えば図８に示すように、振動子１が取り付けられた振動体２を複数用意し、これらを振動軸Ｌ２方向に複数結合させたもの（振動子１が取り付けられた複数の振動体２を直列的に結合させたもの）としてもよい。このように、振動体２を振動軸Ｌ２方向に長く延設又は複数連結させることにより、更なる大容量かつ高出力の捩り振動を得ることができる。

捩り振動子１は、本実施形態の如く所謂ランジュバン型と称される振動子（ＢＬＴ）に限定されず、電気ひずみ現象により捩り振動を生じさせ得る他の種々形態のもの（電気ひずみ効果（電歪）又は磁気ひずみ効果（磁歪）を利用するもの）を適用することができる。なお、本実施形態においては、切削加工装置に適用されているが、捩り振動を利用して加工し得る他の加工装置（例えば、捩り振動により接合可能な接合装置等）に適用してもよい。

捩り振動子が振動体の外周面に複数取り付けられ、それぞれの捩り振動子からの捩り振動が合成されて当該振動体を捩り振動させ得るとともに、当該捩り振動子の振動軸が振動体の振動軸と略直交して成る捩り振動装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。

１ 捩り振動子
２ 振動体
２ａ 平面部
３ 振動伝達用コーン
４ ホーン
５ 切削工具
Ｌ１ （捩り振動子１の）振動軸
Ｌ２ （振動体２の）振動軸

Claims (5)

1. 電気ひずみ現象により捩り振動を生じさせ得る捩り振動子と、
   該捩り振動子と連結され、当該捩り振動子で生じた捩り振動が伝達可能な振動体と、
   を具備した捩り振動装置であって、
   前記捩り振動子は、前記振動体の外周面に複数取り付けられ、それぞれの捩り振動子からの捩り振動が合成されて当該振動体を捩り振動させ得るとともに、当該捩り振動子の振動軸が前記振動体の振動軸と略直交して成ることを特徴とする捩り振動装置。
2. 前記振動体は、その振動軸を中心軸とした略円柱状部材又は略円筒状部材から成ることを特徴とする請求項１記載の捩り振動装置。
3. 前記捩り振動子は、前記振動体の捩り振動方向とは異なる方向に対する振動の伝達が抑制された状態で当該振動体に連結されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の捩り振動装置。
4. 前記振動体の側面には、その振動軸と略平行に延びる平面部が形成されるとともに、前記捩り振動子は、当該平面部に対する接触面と非接触面とを有したことを特徴とする請求項３記載の捩り振動装置。
5. 前記振動子が取り付けられた複数の振動体を直列的に連結させて成ることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の捩り振動装置。

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