(57)【要約】  本発明は質量体、特に工具の振動運動を発生させるための方法及び装置に関するものであり、該質量体は振動伝搬方向において少なくとも二つの保持固定具の間でこれらと機械的に結合されており、また、該質量体（５０）は両方の保持固定具（１０，２０）により接触圧力（Ｆ）をかけられて取り付けられおり、また、少なくとも保持固定具は共振系の構成部分として構成されており、また、該共振系には励起振動が導入され、その周波数は該共振系の共振周波数に略一致するため、該共振系が振動する。本発明はさらに、質量体の振動運動を発生させる本発明の方法を用いて、固体又は流体物質を加工するための方法に関する。
2014507289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量体、特に工具の振動運動を発生させる方法において、該質量体は振動伝搬方向において少なくとも二つの保持固定具の間で、これらに機械的に結合されており、前記質量体（５０）は両方の保持固定具（１０，２０）から接触圧力（Ｆ）をかけられて取り付けられており、また、少なくとも前記保持固定具が共振系の構成部分として構成されており、該共振系には励起振動が導入され、その周波数が前記共振系の共振周波数と略一致するために前記共振系が振動することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記共振系が前記保持固定具（１０，２０）により構成されているため、前記励起振動により前記保持固定具（１０，２０）のみが励振されることを特徴とする請求項１に記載の質量体の振動運動を発生させる方法。
【請求項３】
前記共振系が前記保持固定具（１０，２０）及び前記質量体（５０）により構成されているため、前記励起振動により前記保持固定具（１０，２０）及び前記質量体（５０）が励振されることを特徴とする請求項１に記載の質量体の振動運動を発生させる方法。
【請求項４】
質量体の振動運動を発生させる装置であって、質量体（５０）、特に工具（９０）を含み、また、前記質量体（５０）を加速させられる共振系、及び、前記共振系の共振周波数と略一致する周波数を持つ励起振動を発生できる発振器（６０）を含んでいる装置において、
前記共振系の構成部分が少なくとも二つの保持固定具（１０，２０）であり、該保持固定具（１０，２０）には、前記質量体（５０）が前記保持固定具の間（１０，２０）に固定されるように前記質量体（５０）が機械的に結合されており、その際前記質量体（５０）は両方の保持固定具（１０，２０）から接触圧力（Ｆ）をかけられて取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項５】
前記保持固定具（１０，２０）の間に、機械的な結合が配置されており、該機械的な結合により張力が伝達できることを特徴とする請求項４に記載の質量体の振動運動を発生させる装置。
【請求項６】
両方の保持固定具（１０，２０）が並進発振器として構成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の質量体の振動運動を発生させる装置。
【請求項７】
前記保持固定具（１０，２０）の少なくとも一方が曲げ共振器（８０）として構成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の質量体の振動運動を発生させる装置。
【請求項８】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の質量体の振動運動を発生させる方法を用いて固体又は流体物質を加工する方法において、前記質量体（５０）が工具（９０）として構成されており、該工具（９０）がその振動運動に基づいて、前記物質に対する加工工程を実施することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の固体物質を加工する方法において、固体物質でできた被加工物が加工され、前記質量体は、回転する被加工物（１００）を切削するバイト（９０）として構成されており、該被加工物（１００）の回転速度ｖｃは振動に基づいて実行されるバイト（９０）の並進運動の速度ｖｓより低いことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量体、特に工具の振動運動を発生させるための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体質量の機械的振動を発生させるために、その固体質量を、たとえば超音波といった励起振動により励振することが知られている。
【０００３】
特許文献１には、超音波トランスデューサが開示されており、該超音波トランスデューサにおいては、超音波により励振できる発振器が、保持固定具として構成された質量体の間に配置されている。発振器の共振挙動により、これら質量体の間に振動が起こる。
【０００４】
さらに、質量体を共振体に又は共振体上に固定し、この共振体に励起振動を加えると、共振体の固有振動が起こり、それにより、そこに固定されている質量体も振動することも、既知であると考えられる。このとき、この追加的質量体は、ネジを用いて、又はネジで取り付けられるクランプを用いて、共鳴体に固定することができる。その他の固定可能性として、質量体のハンダ付け、又は溶接、接着、又はシュリンク及び／又は加圧による形状嵌めが挙げられる。
【０００５】
そのような形成物が共振体の共振周波数になると、共振周波数及び振幅に応じて、また、それぞれの質量体の重量に応じて相応の加速力が生じる。ネジ、クランピング、又は形状嵌めする物質という形での固定手段は、慣性力を受容する必要がある。そのため、質量体のそれぞれの運動方向に応じて固定手段内に引張応力が生じ、この引張応力は、特に振動が長く継続する場合や周波数が高い場合に材料疲労的に作用する可能性がある。そのような材料疲労は、固定手段の塑性的変形及び／又は破損にまで、つながる可能性がある。
【０００６】
つまり、特に固定手段内を支配する引張応力により、加速すべき質量体の大きさ又は重量、又はその周波数及び振幅は制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許第１００２７２６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の課題は、比較的重い質量体に、高周波数及び／又は高振幅の振動運動を発生させるための方法及び装置を、低コストかつ簡単な形で提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は本発明により、請求項１に記載の、質量体に振動運動を発生させる方法により、及び、請求項４に記載の、質量体に振動運動を発生させるための装置により解決される。本発明の方法の望ましい実施形態は従属請求項２及び３に記載されている。本発明の装置の望ましい実施形態は従属請求項５から７に記載されている。請求項８には、振動運動を発生させる本発明の方法を使用した、被加工物加工方法が補足的に記載されている。従属請求項９には、この被加工物加工方法の望ましい実施形態が記載されている。
【００１０】
本発明により、質量体、特に工具の振動運動を発生させるための方法が提供され、該質量体は振動伝搬方向において少なくとも二つの保持固定具の間で、これら保持固定具に機械的に結合されており、また、該質量体は二つの保持固定具により接触圧力をかけられて取り付けられており、また、少なくともこれら保持固定具は共振系の構成部分として構成されており、この共振系に励起振動が導入され、その周波数が共振系の共振周波数に略一致するため、その共振系が振動する。この振動はこのとき望ましくは伝搬方向が定義された定常波である。質量体は振動伝搬方向において保持固定具の間に配置されて取り付けられている。好適には励起周波数は共振周波数に完全に一致すべきである。しかしながら実用においては、励起周波数の共振周波数からのずれは許容され、励起周波数ｆｓは、ｆｓ＝０.８・・・１.２ｆｒの範囲に存在することができる。ここで、ｆｒは共振周波数と定義される。
【００１１】
ここで、系内に減衰が配置されていない限り、共振周波数はそれぞれの固有周波数と略同じにする必要がある。常時励振されることにより、たとえば振動している質量体が他の物体に機械的に接触することによる僅かな減衰は無視できる。しかしながら、質量体の振動に大きく影響する減衰が実際に存在する場合は、減衰率とそれぞれの固有周波数とを差引する必要があり、また、共振周波数をそのようにして決定する必要がある。
【００１２】
質量体と保持固定具とが機械的に結合されているため、保持固定具の共振挙動においては質量体も同じ周波数及び振幅で振動する。共振的に同調されたこれら二つの保持固定具は少なくともほぼ同じ共振周波数を有し、そのため少なくとも部分的に共振系を構成する。
【００１３】
本発明の方法の長所は、特に、質量体が保持固定具の間に位置して取り付けられていることにより、質量体が保持固定具の振動に取り込まれるところにあり、このとき質量体は、一方の保持固定具から作用する圧縮力により、もう一方の保持固定具の方向に毎回移動させられる。つまり質量体は、振動の振幅がプラスの場合は、たとえば第２の保持固定具より励振器により近いところに配置された第１の保持固定具から、第２保持固定具の方向に移動させられ、また、振動における並進運動の復帰の際には、つまり振幅がマイナスの際には、第２保持固定具から再び第１保持固定具の方向に移動させられる。
【００１４】
それにより質量体及び／又はこれら保持固定具の一方に張力がかかることはなく、質量体に圧縮力のみがかかる。大部分の固体物質の許容される圧縮応力は、許容される引張応力よりかなり高いことは、当業者に十分に知られている。許容される引張応力又は圧縮応力とは、それぞれの固体物質からできている物体が、塑性的に変形することなく耐えられる応力と理解される。
【００１５】
質量体が、比較的高い周波数及び高い振幅で振動しているとき、この質量体に作用する最も大きな力は慣性力であり、慣性力はその質量体の大きさ（又は重量）及び加速度に依存する。許容される応力が大きいほど、質量体に作用する、許容される力を大きくすることができる。そのため、このとき質量体が一定であるなら、質量体の加速度をより大きく設定することができる。つまり、振動においては、質量体は、従来の質量体振動の場合より、より高い周波数及び／又はより大きな振幅で振動できる。そのため本発明では、従来の周波数又は振幅でより重い質量体が加速され、又は逆に、従来の質量体がより高い周波数及びより大きな振幅で加速される。これにより、振動に基づく技術において、新たな加工技術及び／又は加工時間の短縮が可能となる。
【００１６】
本発明の方法の一つの実施形態においては、共振系が保持固定具により構成されており、そのため励起振動により保持固定具のみが励振されるようになっている。つまり、導入される励起振動の周波数は、保持固定具で構成される共振系の共振周波数に相当する。この実施形態においては、質量体は保持固定具の間に固定されていて共振系の構成部分ではなく、そのためそれ自身は励起振動により直接的に励振されるわけではない。これはたとえば、質量体の固有周波数が励起周波数とは異なることにより実現することができる。質量体は好適には工具として構成することができる。つまり、保持固定具の間にある、工具として構成された質量体が、これら保持固定具により振動運動するようになり、工具のその振動運動が、加工工程のために利用できる。このときこの質量体は、この方法を実施する、振動を発生させる装置の構成部分ではない。
【００１７】
代替的な実施形態においては、共振系が保持固定具及び質量体により構成されており、そのため保持固定具及び質量体は励起振動により励振される。つまり、この実施形態においては、導入される励起振動の周波数が、保持固定具及び質量体から構成される共振系の共振周波数に相当する。このとき質量体は、励起周波数により保持固定具と全く同様に励振される。
【００１８】
本発明ではさらに、質量体の振動運動を発生させるための装置が提供され、該装置は、質量体、特に工具とすることができる質量体を含んでおり、また、この質量体を加速できる共振系も含んでいる。該装置は発振器を有しており、該発振器により励起振動を発生させることができ、その周波数は共振系の共振周波数に略一致する。本発明によると、少なくとも二つの保持固定具が共振系の構成部分であり、質量体と保持固定具とは、保持固定具の間に質量体が固定されるように機械的に結合されていて、このとき質量体は、二つの保持固定具により接触圧力をかけられて取り付けられている。
つまり、質量体は、長手方向の振動を適用する際に振動伝搬方向において保持固定具の間に固定されている。本発明の装置は特に本発明の方法を実施するためのものである。このとき先述のように、共振系を保持固定具のみにより構成すること、又は、共振系を保持固定具及び質量体と共に構成することができる。励起振動が超音波振動となるよう、発振器としては望ましくは超音波トランスデューサが使用される。
質量体は、両方の保持固定具により接触圧力をかけられて取り付けられている。この構成は特に、共振系が保持固定具及び質量体により構成された本発明を実施するためのものである。保持固定具及び質量体は、接触圧力により同期し、共振系として振動するため、保持固定具の一方が質量体から外れる恐れはない。そのため、保持固定具の間に、張力を伝達する機械的な装置を配置する必要もない。
場合によっては、質量体の圧力嵌め的固定と、質量体の形状嵌めとを組み合わせることができる。このとき、接触圧力は、好適には、保持固定具のほとんど振動のない場所、たとえば振動波形における零通過が見られる振動節などで保持固定具に導入される。零通過部へのこの取り付けは、好適には両方の保持固定具において実現される。
【００１９】
本発明の装置の一つの実施形態においては、保持固定具の間に機械的な結合部が設けられており、この機械的な結合部により、張力が保持固定具の間で伝達可能である。この機械的な結合部は、保持固定具の間にある質量体を貫通すること、又は、これら保持固定具を橋渡しすることができる。振動の伝搬方向において質量体と、保持固定具の間の機械的な結合部とは平行に配置されている。機械的な結合は、好適には、ネジ接続であり、つまり、機械的な結合であって、場合によっては質量体に接触圧力を及ぼすこともできる。この接触圧力により質量体の形状嵌め的固定の他に、圧力嵌め的固定も実現される。機械的結合の位置及びそれにより質量体の位置は、好適には、極大部、つまり、両方の保持固定具のそれぞれの最大振幅のところにある。この構成は、両方の実施形態、つまり、共振系が保持固定具のみで構成されている場合、又は、共振系が保持固定具及び質量体で構成されている場合において実現することができる。保持固定具の共振挙動において保持固定具が同期して運動することにより、機械的な結合の力学的負荷の結果生じる応力は低く抑えられる。
【００２０】
本発明の装置の一つの単純な実施形態においては、両方の保持固定具は並進発振器として構成されている。そのため両方の保持固定具は質量体を取り付けることにより、圧縮及び座屈にさらされる。このとき好適には、両方の保持固定具はクランプスリーブにより互いに接続されており、このクランプスリーブは、先述した振動の零通過の位置において、接触圧力を保持固定具に及ぼす。
代替的に、この接触圧力は、油圧的又は空気圧的にかけることもできる。
【００２１】
装置の一つの代替的な実施形においては、保持固定具の少なくとも一つを曲げ共振器として構成することができる。この実施形態においては、本発明の装置は、一つの並進発振器及び一つの曲げ共振器から成る振動系である。
【００２２】
本発明では特に、質量体の振動運動を発生させるための本発明の方法を用いて、固体又は流体の物質を加工するための方法が提供され、該質量体は、その振動運動に基づいて物質に対して加工工程を実施する工具として構成されている。この方法は、好適には、本発明の装置を用いて実施される。工具の振動運動は、たとえば機械的な加工を行うための刃、切断、溶接、燃焼のためのレーザー、又は洗浄部材など、作業を行う部材の運動に変換される。しかしながら、望ましい適用例は、被加工物の機械的な加工である。被加工物のそのような機械加工としては、たとえば超音波支援された外径バイト、内径バイト、丸刃を用いた切断、丸鋸を用いた鋸引き、側フライスを用いたフライス加工、又は、ホーニング工程も挙げられる。切断においては、本発明を使用することにより切断すべき物質が刃に付着することが回避される。鋸引きにおいては、鋸刃の歯が目立てされていなくても鋸刃が引っかかって動かなくなるのを回避するために、鋸引きの隙間の幅が鋸刃の幅より大きく実現される。代替的に、本発明の方法は、キャビテーションを有する流体を処理するために質量体を励振するのに使用できる。
【００２３】
被加工物を加工するための本発明の方法においては、好適に、質量体は回転する被加工物を切断するバイトとして構成されており、このとき被加工物の回転速度ｖｃは、振動により行われた、バイトの並進運動の速度ｖｓより小さい。つまり、本発明の方法は、好適には、被加工物の回転加工に適用され、このときバイトという概念は、たとえばスローアウェイチップなども含めた旋削工程に用いることが可能な全ての切断部材を指すと理解される。そのため超音波を励起振動として利用する場合、並進振動運動におけるバイトの速度ｖｓは、バイトの刃が食い込む場所における被加工物の回転速度ｖｃより大きく設定することができる。そのため超音波を使用する場合、回転速度ｖｃは音の粒子速度より低く選ぶ必要がある。
【００２４】
換言すると、断続切削を生じさせるため、インサートのチップの並進速度（音の粒子速度ｖｓ）は、回転する被加工物の円周速度（ｖｃ）より大きくする必要がある。
【００２５】
ここで、
ｖｓ＝音の粒子速度［ｍ／ｓ］、
ｖｃ＝円周速度［ｍ／ｓ］＝切削速度
とすると、以下の関係が成り立つ。
ｖｃ＝π*ｄ*ｎ
上記の式において、
ｄ＝被加工物直径［ｍ］、
ｎ＝回転数［１／ｓ］である。
また、以下の関係も成り立つ。
ｖｓ＝Ａ*ω＝Ａ*２*π*ｆ
上記の式において、
ω＝角周波数［１／ｓ］、
Ａ＝数学的振幅［ｍ］、
ｆ＝周波数［１／ｓ；Ｈｚ］である。
【００２６】
本発明により、いわゆる超音波支援回転加工が達成され、これは、ハイブリッド方法として、切削工程の作用ゾーンに、追加的なエネルギーの形態を振動という形で同時に連結することを可能にするものである。それにより、たとえば加工系の弾性的及び塑性的変形がより小さくなることによる摩擦又は切断力低減といった、現代の生産技術において求められる複数の要請に対応することができ、その結果、製造精度の向上、及び工具摩耗の低減につながる。たとえば糸状の切りくずを回避するために、特に切りくず発生又は断続切削に影響を与えることができる。そのような糸状の切りくずはオペレータ及び／又は製造装置に健康被害又は潜在的危険を及ぼす。本発明の装置及び本発明の方法は、特に糸状の切りくずが発生しやすい材料の加工の際に、特に糸状の切りくずを防ぐために、導入される。それにより、製造フローの自動化が達成され、また、発生する切りくずの量も比較的少量となる。本発明のさらなる長所としては、切削工具の加熱がより小さくなり、それにより寿命が長くなり、さらに手動加工する際の待機時間が必要なくなることが挙げられる。とりわけ、本発明の方法を実施することにより特に表面構造に影響を与えることができる。そのため、被加工物の精度が同じ又はより高くなりながら、生産性をより高めることができる。全体的に、本発明により、パフォーマンスが向上することにより、切削しやすさの改善、技術的限界の克服といった長所が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の装置をＡ−Ａで切断した断面図である。
【図２】本発明の装置の側面図である。
【図３】並進発振器を用いた、本発明の方法を示した図である。
【図４】並進発振器及び曲げ共振器から成る系を用いた、本発明の方法の代替的実施形態である。
【図５】旋削工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明について添付の図に示された実施例をもとに詳述する。
【００２９】
図１は、質量体５０の振動運動を発生させるための本発明装置のＡ−Ａ断面図であり、切断線は図２から見て取れる。装置には、第１保持固定具１０及び第２保持固定具２０があり、これら保持固定具１０，２０の間に質量体５０が取り付けられて配置されている。以下でさらに説明するように、このとき質量体５０は、たとえば工具として構成することができる。質量体５０の形状嵌めによる取り付けを実現するために、保持固定具１０，２０の間には機械的な結合部４０が設けられており、この機械的な結合部４０は第１保持固定具１０から第２保持固定具２０内に突き出ている。機械的な結合部４０は、このとき、たとえばネジ接続部として構成することができる。この場合、この機械的な結合部４０により質量体５０は形状嵌め的に固定されるだけでなく、圧力嵌め的にも固定される。両方の保持固定具１０，２０は、特に図２から分かるように、クランプスリーブ３０を介して互いに機械的に結合されている。このときクランプスリーブ３０は、第１ネジ切り肩部１１により第１保持固定具１０に、第２ネジ切り肩部２１により第２保持固定具２０に機械的に取り付けられている。それにより、保持固定具１０，２０は、機械的な結合部４０とは関係なく、クランプスリーブ３０を介して互いに機械的に結合されている。ネジきり肩部１１，２１に取り付けられていることにより、クランプスリーブ３０が捩じられると保持固定具１０，２０に引張力がかかるため、保持固定具１０，２０の間にある質量体５０には逆方向の圧縮力がかかる。第１保持固定具１０には発振器６０、たとえば超音波トランスデューサが配置されている。この発振器６０は、たとえば長手方向定常波を発生する。少なくとも第１保持固定具１０及び第２保持固定具２０を共振系として構成することにより、これら保持固定具１０，２０は、該共振系の共振周波数と一致する励起周波数が発生された場合に、振動伝搬方向７０において長手方向に振動するよう励振される。それにより、質量体５０が振動運動する。
【００３０】
上述したように、このとき、励起振動により励振される共振系は、保持固定具１０，２０のみにより構成すること、又は、質量体５０と共に保持固定具１０，２０により構成することができる。共振系が保持固定具１０，２０のみで構成された実施形態においては、質量体５０は、保持固定具１０，２０の一方からその質量体５０に作用するそれぞれの圧縮力のみを受け、それによりやはり振動運動する。質量体５０が共振系の構成部分をなす実施形態においては、保持固定具１０，２０及び質量体５０が励振されるため、これらは同期して振動する。
【００３１】
図２からは、機械的な結合部４０が図１に図示された実施形態に限定されるものではなく、質量体５０が、保持固定具１０，２０の少なくとも一方と形状嵌め的及び／又は圧力嵌め的に結合された成形部材と共に構成できることがわかる。望ましくは、クランプスリーブ３０は図２に図示された開口部３１を有していて、該装置の隣に配置された被加工物に質量体５０の振動運動を伝達できるようになっている。
【００３２】
図３及び図４には、保持固定具１０，２０が質量体５０と共に図示されており、方法を説明するために保持固定具１０，２０の隣に振動波形も図示されている。
【００３３】
図３から分かるように、二つの共振保持固定具１０，２０には接触圧力Ｆがかかるため、保持固定具１０，２０の間に配置された質量体５０は、これらの力Ｆを受ける。つまり、これら振動材料に圧負荷が作用する。保持固定具１０，２０に接触圧力Ｆが導入される場所は、隣に図示された波形における零位置又は振動節Ｏに対応する。
【００３４】
これを図１に対応させてみてみると、第１ネジ切り肩部１１及び第２ネジ切り肩部２１の位置は、接触圧力Ｆの導入位置であり、同時に零位置又は振動節Ｏに配置されていること意味している。質量体５０は振幅Ａの領域にあることが分かる。それにより、振動、たとえば超音波をこの共振系に導入する場合、取り付け位置、つまりネジ切り肩部１１及び２１はほぼ振動を受けず、しかしながら質量体５０の取り付け領域は共振挙動において振動伝搬方向７０に振動する。このことは、接触圧力が導入される位置がそれぞれの波長λの半分の中央に配置されていて、ｘは整数個の波長を示すことからも分かる。
【００３５】
保持固定具１０，２０が機械的な結合部４０に結合されていても、振動する部分に引張荷重はかからない。機械的な結合部４０を配置する際、加速すべき物体のそれぞれの慣性力より高く設定可能である接触圧力が、機械的な結合部４０及び／又はクランプスリーブ３０により発生されることにより、引張荷重はすでに除外されている。つまり、許容される圧縮応力又は座屈応力により技術的限界のみが定義される。すでに述べたように、大部分の材料において、許容される圧縮応力は許容される引張応力より大幅に高い。その結果、従来の方法及び装置における場合より、より重い質量体を加速すること、及び／又は、より高い周波数及び／又は振幅で質量体を加速することができる。それにより、加工パラメータを大幅に高めることができ、それにより生産性を高めることが可能である。
【００３６】
図示された、クランプスリーブ３０による保持固定具１０，２０の機械的な留め付けの他に、油圧的又は空気圧的に圧力をかけるなど、代替的に、保持固定具１０，２０に接触圧力Ｆをかける、さらなる可能性を実現することができる。
【００３７】
質量体５０が共振周波数に及ぼす影響を考慮するべきであり、場合によっては共振系を幾何学的に適応させて補正するべきである。そのような適応手段としては、たとえば保持固定具１０，２０の一方又は両方を質量体５０の厚みの分だけ短くすることが挙げられ、それにより質量体５０は保持固定具１０，２０の一方又は両方の構成部分となり、それによりまたその共振系の構成部分となる。つまり、質量体の一部分を、引張力に応じて、計算的に保持固定具の質量体内に移行させ、加速すべき質量ｍを減少させることも可能である。
【００３８】
質量体５０が緩く取り付けられるのを避けるため、接触圧力は常に加速力より高い必要がある。以下の計算から、本発明により最適化されうる工学的な量が明らかになる。
【００３９】
Ｆｂ＜Ｆａとなるようにする。ここで、
Ｆａ＝接触圧力［Ｎ］、
Ｆｂ＝加速力［Ｎ］である。
加速力Ｆｂは以下のように計算される。
Ｆｂ＝ｍ*ａ
ここで、
ｍ＝質量［ｋｇ］、
ａ＝加速度［ｍ／ｓ２］である。
このとき、以下の関係が成立する。
ａ＝ｒ*ω２＝Ａ*（２*π*ｆ）２
ここで、
ｒ＝半径［ｍ］、
ω＝角周波数［１／ｓ］、
Ａ＝数学的振幅［ｍ］、
ｆ＝周波数［１／ｓ；Ｈｚ］である。
その結果、以下のようになる。
Ｆｂ＝ｍ*Ａ*（２*π*ｆ）２
Ｆａが許容される応力から計算されていれば、達成すべき可能な振幅は以下のようになる。
Ａ＝Ｆａ／（ｍ*（２*π*ｆ）２）
【００４０】
周波数に合わせて調整することにより、示された数学的関係から最大周波数が求められる。
実施可能な振幅は、周波数２０〜３０ｋＨｚ、特に２６ｋＨｚにおいて、たとえば３０〜５０μｍの範囲、好適には４０μｍである。
【００４１】
図４には本発明の装置が図示されており、第１保持固定具１０が並進発振器として、第２保持固定具２０は曲げ共振器８０として構成されている。つまり、第１保持固定具１０は長手方向の振動を行い、第２保持固定具２０は横断方向の振動を行う。第２保持固定具２０の振動波形から分かるように、曲げ共振器８０においても、接触圧力Ｆはそれぞれの零位置又は振動節０でかけられる。その結果、質量体５０は、図３に示した純粋な並進振動系の場合と同じ並進振動を行う。
【００４２】
図５には、本発明の方法及び本発明の装置の望ましい適用図が示されており、ここでは質量体５０がバイトという形の工具９０として構成されている。バイトの刃９１は回転する被加工物１００に当てられる。被加工物１００の円周は回転速度ｖｃで回転する。バイト９０が工具速度ｖｓで振動運動することにより、特に図５に図示された方向における振れにおいて工具速度ｖｓに到達し、刃９１と被加工物１００の円周との間に一定の時間は相対運動は、ほぼ起こらない。工具９０の並進運動の復帰の際は相対運動が起こり、その相対運動の速度は、回転速度ｖｃと工具速度ｖｓとの和に相当する。それにより糸状切りくず又は連続切りくずの発生が防がれ、比較的短い切りくずが発生する。この切りくず形態の長所としては、覆いかぶさる体積がより小さいため、切りくず除去のために用意すべき輸送能力をより小さくできることが挙げられる。また、断続切削が一時的及び常時行われるため、工具９０の加熱が比較的少なく、それにより寿命が延びる。
【００４３】
工具９０には圧縮力のみが作用することにより、工具９０に作用する力をそれに応じて高く設定することができる。振動において工具９０に作用する最大の力は慣性力であるため、工具９０は相応に大きな質量を持つことができ、かつ／又は、相応に高い周波数及び高い振幅Ａで運動させることができる。それにより、超音波トランスデューサを発振器６０として、音の粒子速度の工具速度ｖｓを導入することが可能になる。被加工物１００の回転数及び直径ｄに依存する被加工物１００の回転速度ｖｃをそれに応じて高く設定することができる。また、その結果、非常に高速の切削速度で運転させること、送りを比較的高く設定すること、及び比較的大きな被加工物１００を加工できるという可能性が生まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  第１保持固定具
１１  第１ネジ切り肩部
２０  第２保持固定具
２１  第２ネジ切り肩部
３０  クランプスリーブ
３１  開口部
４０  機械的な結合
５０  質量体
６０  発振器
７０  振動伝搬方向
８０  曲げ共振器
９０  工具、バイト
９１  刃
１００  被加工物
Ａ  振幅
Ｏ  零位置、振動節
Ｆ  接触圧力
λ  波長
ｖｃ  回転速度
ｄ  被加工物直径
ｖｓ  工具速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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