(57)【要約】【課題】精度良く形成されていなくても、また、共振周波数の合わせ込みをしなくても、振動源からの振動で共振させることが可能なブースタを提供する。【解決手段】ブースタ１は、振動源が固定可能な第１固定部材３と、第１固定部材３と所定の間隔をあけた状態で配置されるとともに工具が固定可能な第２固定部材４と、第１固定部材３に一端側が固定され第２固定部材４に他端側が固定される棒状の複数の棒状部材５〜８とを備えるとともに、複数の棒状部材５〜８として、共振周波数の異なる複数種類の棒状部材５〜８を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動源が固定可能な第１固定部材と、前記第１固定部材と所定の間隔をあけた状態で配置されるとともに工具が固定可能な第２固定部材と、前記第１固定部材に一端側が固定され前記第２固定部材に他端側が固定される棒状の複数の棒状部材とを備えるとともに、
複数の前記棒状部材として、共振周波数の異なる複数種類の前記棒状部材を備えることを特徴とするブースタ。
【請求項２】
前記棒状部材の横断面形状は、前記棒状部材の長手方向において一定になっており、
複数の前記棒状部材の全ての横断面形状および材質は共通であり、
前記棒状部材の長さの違いによって、前記棒状部材の共振周波数が異なっていることを特徴とする請求項１記載のブースタ。
【請求項３】
前記棒状部材の横断面形状は、前記棒状部材の長手方向において一定になっており、
複数の前記棒状部材の全ての横断面形状および長さは共通であり、
前記棒状部材の材質の違いによって、前記棒状部材の共振周波数が異なっていることを特徴とする請求項１記載のブースタ。
【請求項４】
前記棒状部材の長手方向に平行な方向から見たときに、複数の前記棒状部材は略円環状に配置されるとともに、共振周波数が共通する２本以上の前記棒状部材が、略円環状に配置される複数の前記棒状部材の配置中心に対して略等角度ピッチで配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブースタ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のブースタと、前記第１固定部材に固定される前記振動源と、前記第２固定部材に固定される前記工具とを備えることを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動源からの振動を増幅させるためのブースタに関する。また、本発明は、かかるブースタを備える加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波溶着加工を行うための超音波溶着装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の超音波溶着装置では、超音波振動子と工具ホーンとの間に、円柱状に形成されたブースタが配置されている。ブースタの共振周波数は、超音波振動子の振動周波数に合うように調整されており、超音波振動子が振動すると、ブースタが共振する。そのため、超音波振動子の振動は、ブースタで増幅されて工具ホーンに伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２６６４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の超音波溶着装置では、ブースタが精度良く形成されていないと、ブースタの共振周波数が超音波振動子の振動周波数からずれてしまい、超音波振動子が振動しても、ブースタが共振しないおそれがある。ブースタが共振しない場合には、円柱状に形成されるブースタに追加工を行うことで、ブースタの共振周波数を超音波振動子の振動周波数に合わせることが可能であるが、ブースタの共振周波数の合わせ込みが煩雑になるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、精度良く形成されていなくても、また、共振周波数の合わせ込みをしなくても、振動源からの振動で共振させることが可能なブースタを提供することにある。また、本発明の課題は、このブースタを備える加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明のブースタは、振動源が固定可能な第１固定部材と、第１固定部材と所定の間隔をあけた状態で配置されるとともに工具が固定可能な第２固定部材と、第１固定部材に一端側が固定され第２固定部材に他端側が固定される棒状の複数の棒状部材とを備えるとともに、複数の棒状部材として、共振周波数の異なる複数種類の棒状部材を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のブースタでは、振動源が固定可能な第１固定部材と、工具が固定可能な第２固定部材とが、共振周波数の異なる複数種類の棒状部材によって繋がれている。そのため、本発明では、ある棒状部材の共振周波数が振動源の振動周波数からずれていても、共振周波数の異なる他の棒状部材の共振周波数が振動源の振動周波数に合っていれば、ブースタを共振させることが可能になる。すなわち、本発明では、ブースタに複数の共振周波数を持たせること、あるいは、ブースタの共振周波数の帯域を広げることが可能になり、複数の周波数において、ブースタを共振させることが可能になる。したがって、本発明では、ブースタが精度良く形成されていなくても、また、ブースタの共振周波数の合わせ込みをしなくても、振動源からの振動でブースタを共振させることが可能になる。
【０００８】
本発明において、棒状部材の横断面形状は、棒状部材の長手方向において一定になっており、複数の棒状部材の全ての横断面形状および材質は共通であり、棒状部材の長さの違いによって、棒状部材の共振周波数が異なっていることが好ましい。このように構成すると、共振周波数の異なる複数種類の棒状部材をブースタが備えている場合であっても、同じ材料を使用して複数種類の棒状部材を製作することができる。したがって、ブースタの製造コストを低減することが可能になる。
【０００９】
本発明において、棒状部材の横断面形状は、棒状部材の長手方向において一定になっており、複数の棒状部材の全ての横断面形状および長さは共通であり、棒状部材の材質の違いによって、棒状部材の共振周波数が異なっていても良い。
【００１０】
本発明において、棒状部材の長手方向に平行な方向から見たときに、複数の棒状部材は略円環状に配置されるとともに、共振周波数が共通する２本以上の棒状部材が、略円環状に配置される複数の棒状部材の配置中心に対して略等角度ピッチで配置されていることが好ましい。このように構成すると、振動源からの振動を、第１固定部材から第２固定部材に向かってバランス良く伝達することが可能になる。
【００１１】
本発明のブースタは、第１固定部材に固定される振動源と、第２固定部材に固定される工具とを備える加工装置に用いることができる。この加工装置では、ブースタが精度良く形成されていなくても、また、ブースタの共振周波数の合わせ込みをしなくても、振動源からの振動でブースタを共振させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明では、ブースタが精度良く形成されていなくても、また、ブースタの共振周波数の合わせ込みをしなくても、振動源からの振動でブースタを共振させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態にかかるブースタの斜視図である。
【図２】図１に示すブースタを説明するための正面図である。
【図３】図１のＥ−Ｅ方向からブースタを示す図である。
【図４】図１に示す棒状部材の図である。
【図５】図１に示す棒状部材の共振曲線を説明するための図である。
【図６】本発明の他の実施の形態にかかるブースタを説明するための正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（ブースタの構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるブースタ１の斜視図である。図２は、図１に示すブースタ１を説明するための正面図である。図３は、図１のＥ−Ｅ方向からブースタ１を示す図である。図４は、図１に示す棒状部材５〜８の図である。図５は、図１に示す棒状部材５〜８の共振曲線を説明するための図である。
【００１６】
本形態のブースタ１は、振動源（図示省略）からの振動を増幅して、工具（図示省略）に伝達するためのものである。このブースタ１は、振動源が固定可能な第１固定部材としての固定部材３と、工具が固定可能な第２固定部材としての固定部材４と、棒状に形成される複数の棒状部材５〜８とを備えている。ブースタ１は、たとえば、超音波振動する切削工具を用いて被加工物を切削加工する切削装置や、超音波振動するホーンを用いて被溶着部材を溶着する超音波溶着装置等の加工装置に取り付けられて使用される。この加工装置では、たとえば、ボルト締めランジュバン型振動子等の超音波振動を行う振動源が固定部材３に固定され、切削に使用される切削工具や溶着に使用されるホーン等の工具が固定部材４に固定されている。
【００１７】
ブースタ１は、上述の固定部材３、４および棒状部材５〜８に加え、ブースタ１が使用される加工装置の所定の支持部に支持される支持部材９を備えている。本形態のブースタ１は、共振周波数がそれぞれ異なる棒状部材５、棒状部材６、棒状部材７および棒状部材８の４種類の棒状部材を備えている。また、本形態では、ブースタ１は、３本の棒状部材５と３本の棒状部材６と３本の棒状部材７と３本の棒状部材８とを備えている。
【００１８】
棒状部材５は、細長い円柱状に形成されており、棒状部材５の横断面形状は、棒状部材５の長手方向において外径が一定な円形状となっている。すなわち、棒状部材５の横断面形状は、棒状部材５の長手方向において一定になっている。棒状部材６〜８も、細長い円柱状に形成されている。本形態では、棒状部材５の外径と棒状部材６の外径と棒状部材７の外径と棒状部材８の外径とが等しくなっている。すなわち、本形態では、複数の棒状部材５〜８の全ての横断面形状は共通になっている。また、棒状部材５〜８は、同じ材質で形成されている。すなわち、本形態では、複数の棒状部材５〜８の全ての材質が共通になっている。本形態の棒状部材５〜８は、チタン合金で形成されている。
【００１９】
一方で、棒状部材５〜８のそれぞれの長さは違っている。図４に示すように、棒状部材６は、棒状部材５よりも長くなっており、棒状部材７は、棒状部材６よりも長くなっており、棒状部材８は、棒状部材７よりも長くなっている。すなわち、本形態では、棒状部材５〜８の長さの違いによって、棒状部材５の共振周波数と棒状部材６の共振周波数と棒状部材７の共振周波数と棒状部材８の共振周波数とがそれぞれ異なっている。たとえば、図５に示す共振曲線のように、棒状部材５の共振周波数と棒状部材６の共振周波数と棒状部材７の共振周波数と棒状部材８の共振周波数とがそれぞれ異なっている。また、本形態では、棒状部材５の長さと棒状部材６の長さとの差と、棒状部材６の長さと棒状部材７の長さとの差と、棒状部材７の長さと棒状部材８の長さとの差とが等しくなっている。なお、図５の実線は、棒状部材５の共振曲線であり、図５の破線は、棒状部材６の共振曲線であり、図５の一点鎖線は、棒状部材７の共振曲線であり、図５の二点鎖線は、棒状部材８の共振曲線である。
【００２０】
固定部材３、４は、円板状に形成されている。また、固定部材３、４は、棒状部材５〜８と同じ材質で形成されている。すなわち、固定部材３、４は、チタン合金で形成されている。固定部材３には、振動源を固定するためのネジ孔３ａが形成されている。ネジ孔３ａは、固定部材３の厚み方向で固定部材３を貫通するように、固定部材３の中心に形成されている。固定部材４には、工具を固定するためのネジ孔４ａが形成されている。ネジ孔４ａは、固定部材４の厚み方向で固定部材４を貫通するように、固定部材４の中心に形成されている。
【００２１】
固定部材３には、棒状部材５〜８の一端側が挿入される複数の挿入孔３ｂが形成されている。挿入孔３ｂは、固定部材３の厚み方向で固定部材３を貫通するように形成されている。また、複数の挿入孔３ｂは、固定部材３の厚み方向から見たときに固定部材３の中心を中心とする略円環状に配置されている。本形態では、固定部材３の厚み方向から見たときに固定部材３の中心に対して３０°ピッチで１２個の挿入孔３ｂが形成されている。
【００２２】
同様に、固定部材４には、棒状部材５〜８の他端側が挿入される複数の挿入孔４ｂが形成されている。挿入孔４ｂは、固定部材４の厚み方向で固定部材４を貫通するように形成されている。また、複数の挿入孔４ｂは、固定部材４の厚み方向から見たときに固定部材４の中心を中心とする略円環状に配置されている。本形態では、固定部材４の厚み方向から見たときに固定部材４の中心に対して３０°ピッチで１２個の挿入孔４ｂが形成されている。
【００２３】
支持部材９は、円柱状に形成されている。また、支持部材９は、棒状部材５〜８と同じ材質で形成されている。すなわち、支持部材９は、チタン合金で形成されている。支持部材９には、棒状部材５〜８が挿通される複数の挿通孔が形成されている。この挿通孔は、支持部材９の軸方向で支持部材９を貫通するように形成されている。また、複数の挿通孔は、支持部材９の軸方向から見たときに支持部材９の中心を中心とする略円環状に配置されている。本形態では、支持部材９の軸方向から見たときに支持部材９の中心に対して３０°ピッチで１２個の挿通孔が形成されている。固定部材３、４の厚み方向、支持部材９の軸方向から見たときに、固定部材３の中心と挿入孔３ｂとの距離と、固定部材４の中心と挿入孔４ｂとの距離と、支持部材９に形成される挿通孔と支持部材９の中心との距離とは等しくなっている。
【００２４】
棒状部材５〜８は、その長手方向の中心と支持部材９の軸方向の中心とが一致するように、支持部材９の挿通孔に挿通された状態で支持部材９に固定されている。支持部材９には、挿通孔に挿通された棒状部材５〜８を固定するための固定用のネジ（図示省略）が取り付けられる複数のネジ孔９ａが形成されている。ネジ孔９ａは、支持部材９の外周面から挿通孔まで貫通するように形成されている。
【００２５】
棒状部材５〜８の一端側は、固定部材３の挿入孔３ｂに挿入された状態で固定部材３に固定されている。また、棒状部材５〜８の他端側は、固定部材４の挿入孔４ｂに挿入された状態で固定部材４に固定されており、固定部材３と固定部材４とは、所定の間隔をあけた状態で配置されている。
【００２６】
固定部材３には、挿入孔３ｂに挿入された棒状部材５〜８の一端側を固定するための固定用のネジ（図示省略）が取り付けられる複数のネジ孔３ｃが形成されている。ネジ孔３ｃは、固定部材３の外周面から挿入孔３ｂまで貫通するように形成されている。また、複数のネジ孔３ｃは、固定部材３の厚み方向において、固定される棒状部材５〜８の長さに応じて、ずれた位置に形成されている。同様に、固定部材４には、挿入孔４ｂに挿入された棒状部材５〜８の他端側を固定するための固定用のネジ（図示省略）が取り付けられる複数のネジ孔４ｃが形成されている。ネジ孔４ｃは、固定部材４の外周面から挿入孔４ｂまで貫通するように形成されている。また、複数のネジ孔４ｃは、固定部材４の厚み方向において、固定される棒状部材５〜８の長さに応じて、ずれた位置に形成されている。
【００２７】
上述のように、固定部材３、４の厚み方向、支持部材９の軸方向から見たときに、支持部材９に形成される複数の挿通孔および複数の挿入孔３ｂ、４ｂは略円環状に配置されている。すなわち、図３に示すように、棒状部材５〜８の長手方向から見たときに、棒状部材５〜８は、略円環状に配置されている。本形態では、棒状部材５〜８の長手方向から見たときに、略円環状に配置される棒状部材５〜８の配置中心（すなわち、固定部材３、４および支持部材９の中心）に対して、３本の棒状部材５が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材６が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材７が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材８が略１２０°ピッチで配置されている。すなわち、棒状部材５〜８の長手方向から見たときに、略円環状に配置される棒状部材５〜８の配置中心に対して、３本の棒状部材５が略等角度ピッチで配置され、３本の棒状部材６が略等角度ピッチで配置され、３本の棒状部材７が略等角度ピッチで配置され、３本の棒状部材８が略等角度ピッチで配置されている。本形態では、固定部材３、４および支持部材９の周方向において、棒状部材５は、棒状部材８および棒状部材６と隣り合っており、棒状部材７は、棒状部材６および棒状部材８と隣り合っている。
【００２８】
以上のように構成されたブースタ１は、固定部材３に振動源が固定され、固定部材４に工具が固定され、支持部材９が加工装置に支持された状態で使用される。固定部材３に固定された振動源が振動すると、ブースタ１が共振する。振動源からの振動でブースタ１が共振すると、ブースタ１によって振動源の振動が増幅されて工具に伝達される。
【００２９】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、振動源が固定される固定部材３と、工具が固定される固定部材４とが、共振周波数の異なる４種類の棒状部材５〜８によって繋がれている。そのため、本形態では、４種類のうちの３種類の棒状部材５〜８の共振周波数が振動源の振動周波数からずれていても、残りの１種類の棒状部材５〜８の共振周波数が振動源の振動周波数に合っていれば、ブースタ１を共振させることが可能になる。たとえば、棒状部材５〜７の共振周波数が振動源の振動周波数からずれていても、棒状部材８の共振周波数が振動源の振動周波数に合っていれば、ブースタ１を共振させることが可能になる。すなわち、本形態では、ブースタ１に複数の共振周波数を持たせること、あるいは、ブースタ１の共振周波数の帯域を広げることが可能になり、複数の周波数において、ブースタ１を共振させることが可能になる。したがって、本形態では、ブースタ１が精度良く形成されていなくても、また、ブースタ１の共振周波数の合わせ込みをしなくても、振動源からの振動でブースタ１を共振させることが可能になる。
【００３０】
本形態では、複数の棒状部材５〜８の全ての横断面形状および材質は共通であり、棒状部材５〜８の長さの違いによって、棒状部材５の共振周波数と棒状部材６の共振周波数と棒状部材７の共振周波数と棒状部材８の共振周波数とがそれぞれ異なっている。そのため、本形態では、共振周波数の異なる４種類の棒状部材５〜８をブースタ１が備えている場合であっても、同じ材料を使用して４種類の棒状部材５〜８を製作することができる。したがって、本形態では、ブースタ１の製造コストを低減することが可能になる。
【００３１】
本形態では、棒状部材５〜８の長手方向から見たときに、略円環状に配置される棒状部材５〜８の配置中心に対して、３本の棒状部材５が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材６が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材７が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材８が略１２０°ピッチで配置されている。そのため、本形態では、振動源の振動を、固定部材３から固定部材４に向かってバランス良く伝達することが可能になる。
【００３２】
（他の実施の形態）
上述した形態では、ブースタ１は、それぞれ３本の棒状部材５〜８を備えているが、ブースタ１は、それぞれ１本、２本または４本以上の棒状部材５〜８を備えていても良い。また、上述した形態では、ブースタ１は、共振周波数が異なる４種類の棒状部材５を備えているが、ブースタ１は、共振周波数が異なる２種類または３種類の棒状部材を備えていても良いし、共振周波数が異なる５種類以上の棒状部材を備えていても良い。さらに、上述した形態では、棒状部材５〜８は、細長い円柱状に形成されているが、棒状部材５〜８は、細長い四角柱や六角柱等の多角柱状に形成されても良いし、楕円柱状に形成されても良い。
【００３３】
上述した形態では、棒状部材５〜８のそれぞれの長さの違いによって、棒状部材５〜８のそれぞれの共振周波数が互いに異なっている。この他にもたとえば、棒状部材５〜８のそれぞれの材質の違いによって、棒状部材５〜８のそれぞれの共振周波数を互いに異ならせても良い。この場合には、たとえば、図６に示すように、棒状部材５の外径と棒状部材６の外径と棒状部材７の外径と棒状部材８の外径とが等しくなっており、かつ、棒状部材５の長さと棒状部材６の長さと棒状部材７の長さと棒状部材８の長さとが等しくなっている。
【００３４】
また、棒状部材５〜８のそれぞれの太さの違いによって、棒状部材５〜８のそれぞれの共振周波数を互いに異ならせても良いし、棒状部材５〜８のそれぞれの形状の違いによって、棒状部材５〜８のそれぞれの共振周波数を互いに異ならせても良い。たとえば、棒状部材５〜８を細長い円錐台状に形成するとともに、棒状部材５〜８の軸方向に対する外周面の傾斜角度を異ならせることで、棒状部材５〜８のそれぞれの共振周波数を互いに異ならせても良い。さらに、棒状部材５〜８のそれぞれの張力の違いによって、棒状部材５〜８のそれぞれの共振周波数を互いに異ならせても良い。また、棒状部材５〜８のそれぞれの長さ、材質、太さ、形状および張力等から選択される２つ以上の任意の要素の違いの組合せによって、棒状部材５〜８のそれぞれの共振周波数を互いに異ならせても良い。
【００３５】
上述した形態では、棒状部材５〜８の長手方向から見たときに、略円環状に配置される棒状部材５〜８の配置中心に対して、３本の棒状部材５が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材６が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材７が略１２０°ピッチで配置され、３本の棒状部材８が略１２０°ピッチで配置されている。この他にもたとえば、棒状部材５〜８の長手方向から見たときに、１２本の棒状部材５〜８がランダムに配置されていても良い。
【００３６】
上述した形態では、固定部材３、４、棒状部材５〜８および支持部材９は、チタン合金で形成されているが、固定部材３、４、棒状部材５〜８および支持部材９は、アルミニウム合金等の他の材質によって形成されても良い。また、上述した形態では、固定部材３、４の材質と、棒状部材５〜８の材質と、支持部材９の材質とが同じであるが、これらの材質は互いに異なっていても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１  ブースタ
３  固定部材（第１固定部材）
４  固定部材（第２固定部材）
５〜８  棒状部材
【図１】
2014155886.tif 000003
【図２】
2014155886.tif 000004
【図３】
2014155886.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014155886.tif 000008