(57)【要約】      （修正有）【課題】十字型を有し、乱れのないきれいな振動を得ることができる振動方向変換ホーンを提供する。【解決手段】超音波振動子２における第１方向の振動を第２方向の振動に変換する十字型を有するホーン部３を備えた振動方向変換ホーン１に関する。ホーン部３は、第２方向における一方の端部５ａにダイ部７が設けられ、第２方向における他方の端部５ｂにホーン部３の振動バランス調整用のバランス調整部８が設けられる。【選択図】図１
2013144268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子における第１方向の振動を該第１方向に直交する第２方向の振動に変換する十字型を有するホーン部を備え、
前記ホーン部は、前記第２方向における一方の端部にダイ部が設けられ、前記第２方向における他方の端部に当該ホーン部の振動バランス調整用のバランス調整部が設けられることを特徴とする振動方向変換ホーン。
【請求項２】
前記ダイ部は、チップ化されたチップ状部材から構成されることを特徴とする請求項１に記載の振動方向変換ホーン。
【請求項３】
前記ダイ部は、前記ホーン部に対して圧入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動方向変換ホーン。
【請求項４】
前記バランス調整部は、前記ホーン部に対して圧入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動方向変換ホーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動方向変換ホーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄物の金属プレス加工において、パンチ及びダイに超音波を印加し微振動させながらプレス加工することで、通常の塑性変形応力よりも小さい力で変形させることが可能なブラーハ効果が知られている。ブラーハ効果を用いると、より高精度で形状品質が良く変形を最少に抑えたプレス加工を行うことができる。従来、上述のブラーハ効果を利用したプレス加工を効率的に行うためにホーン（振動方向変換ホーン）と呼ばれる微小振動を増幅する為の部品を介して振動伝達が行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８８８０８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８２７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ダイの振動にはスペース的な制約により横方向の振動を縦方向の振動に変換する十字ホーンが使用されている。ホーンの寸法は、その材質のヤング率、音速、使用する周波数により適宜設定されるが、実際の製品とした場合、ダイの固定状態等の諸条件によっては所望の振幅が得られず、乱れのないきれいな振動を得ることができないといった問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、十字型を有し、乱れのないきれいな振動を得ることができる振動方向変換ホーンを提供することを目的とする。
【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に、本発明の振動方向変換ホーンは、超音波振動子における第１方向の振動を該第１方向に直交する第２方向の振動に変換する十字型を有するホーン部を備え、前記ホーン部は、前記第２方向における一方の端部にダイ部が設けられ、前記第２方向における他方の端部に当該ホーン部の振動バランス調整用のバランス調整部が設けられることを特徴とする。
【０００７】
本発明の振動方向変換ホーンによれば、十字型のホーン部における第２方向における他方の端部にバランス調整部が設けられているので、乱れの少ないきれいな振動のホーンを提供できる。
【０００８】
また、上記振動方向変換ホーンにおいては、前記ダイ部は、チップ化されたチップ状部材から構成されるのが好ましい。
この構成によれば、ダイ部がチップ化されたチップ状部材から構成されるので、ダイ部を交換することで汎用性の高いホーンを提供できる。
【０００９】
また、上記振動方向変換ホーンにおいては、前記ダイ部は、前記ホーン部に対して圧入されているのが好ましい。
この構成によれば、ダイ部がホーン部に圧入されることで部材同士の接触面積が増加するため、超音波振動子の振動を減衰させることなく伝えることができる。
【００１０】
また、上記振動方向変換ホーンにおいては、前記バランス調整部は、前記ホーン部に対して圧入されているのが好ましい。
この構成によれば、バランス調整部がホーン部に圧入されることで部材同士の接触面積が増加するため、バランス調整部材がホーン部に強固に固定されることとなり、ホーン部の振動バランスを良好に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本実施形態に係る振動方向変換ホーンの概略構成を示す図。
【図２】金型装置の構成を示す斜視図。
【図３】金型装置の分解斜視構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る振動方向変換ホーンの各実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１３】
図１は本実施形態に係る振動方向変換ホーンの概略構成を示す図であり、図１（ａ）は振動方向変換ホーン（以下、ホーンと称す）１を一方面側から視た斜視構成図であり、図１（ｂ）はホーン１を他方面側から視た斜視構成図である。
【００１４】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ホーン１は、超音波振動子２と、ホーン部３と、を備えている。超音波振動子２は、少なくとも１枚の圧電素子の両側を金属ブロックで挟んだ構造となっている。圧電素子は、研磨や超音波加工機などを用いて所望の大きさに加工し銀の焼きつけなどによって対向する両面に電極を形成し、分極処理を施すことで構成されている。金属ブロックは旋盤などの一般的な機械加工で所望の寸法に加工し、接着等で積層構造を作ることで得られる。圧電素子としては、ＰＺＴやチタン酸鉛系の圧電セラミックを利用することができる。また金属材料としては、アルミ、ステンレス、ジュラルミン、チタン合金などを利用することができる。なお、機械的な堅牢さが必要な場合には、圧電素子に貫通穴を超音波加工機などにより製作し、両側の金属ブロックにねじ、ねじ穴などの締結構造を設けて、挟まれる圧電素子に適切な締め付けトルクが負荷された状態になるようにすればよい。
【００１５】
圧電素子の使用枚数を偶数とし、分極方向を順番に逆向きにして積層するようにしてもよい。このようにすれば、両側の金属ブロックを共通グランドとして使用できるため取り扱い時の安全性が向上し、電気的なインピーダンス低く設定することができる。また、配線を容易にするため、圧電セラミックの間に銅箔などを挟みその一部を露出させた構造にしてもかまわない。超音波振動子２には、ホーン部３との結合のために金属ブロックの結合側にねじなどの締結構造（不図示）が機械加工によって形成されている。
【００１６】
本実施形態に係るホーン部３は、形状が十字型となっている。すなわち、ホーン部３は、所謂十字ホーンから構成されている。十字ホーンは、スペース的な制約を受けることなく、横方向の振動を縦方向の振動に変換することが可能である。
【００１７】
ホーン部３の材質としては、アルミ、ステンレス、ジュラルミン、チタン合金などが好ましい。本実施形態では、例えばステンレスを用いた。
【００１８】
ホーン部３は、超音波振動子２の延在方向に沿って延びる第１部材４と、該超音波振動子２の延在方向と直交する方向に第２部材５とを有している。これら第１部材４及び第２部材５は、それぞれ同じ大きさの部材から構成されており、互いが中央に設けられた交差部６によって一体に形成されている。ホーン部３における交差部６の両側面には、突起部６ａがそれぞれ設けられている。突起部６ａはホーン１を後述する金型装置に取り付ける際に使用するものである。第１部材４は、超音波振動子２による横方向（第１方向）からの振動（以下、横方向振動と称す）を伝達するためのものである。第２部材５は、交差部６にて、第１部材４を介して伝達される超音波振動子２からの横方向振動を該振動方向に直交する縦方向（第２方向）の振動（以下、縦方向振動と称す）を伝達するためのものである。すなわち、ホーン部３は、交差部６にて、超音波振動子２における横方向振動を縦方向振動に変換可能となっている。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、第２部材５における一方の端部５ａにはダイ部７が設けられている。ダイ部７は、チップ化されたチップ状部材から構成されている。ダイ部７の材質としては、プレス加工時に変形しない程度の硬度を有するものであれば金属に限らず、種々の材料を用いることができる。
【００２０】
ダイ部７は、第２部材５の端部５ａに圧入されることで取り付けられている。このような圧入方式を採用することで、ダイ部７は第２部材５との間で部材同士の接触面積が増加するため、超音波振動子２の振動を減衰させることなく伝達可能となっている。また、ダイ部７はチップ化されているので、後述する金型装置に応じて異なる形状のものに交換可能となっている。よって、用途に応じて異なるダイ部７を用いることで汎用性の高いホーン１を提供できる。
【００２１】
また、図１（ｂ）に示すように第２部材５における他方の端部５ｂにはバランス調整部８が設けられている。バランス調整部８は、ホーン１における縦方向振動のバランスを調整するためのものである。バランス調整部８は、ダイ部７とほぼ同じ重量のダミーのチップから構成されるものである。バランス調整部８は、端部５ｂに螺子９による螺子止めされている。このような螺子止め方式を採用することでバランス調整部８は、ダイ部７の種類に応じて容易に変更可能となっている。なお、バランス調整部８についても、ダイ部７と同様に第２部材５の端部５ｂに圧入することで取り付けるようにしてもよく、これによればバランス調整部８を第２部材５に強固に固定することができる。
【００２２】
図２は、図１に示したホーン１を用いた金型装置１０の概略構成を示す斜視図である。図３は、図２に示した金型装置１０における分解斜視構成を示す図である。なお、図２，３においては、プレス加工に用いられる金型装置のうち、パンチの図示を省略しており、パンチの受け側に相当する下側金型のみを図示している。
【００２３】
図２、３に示されるように金型装置１０は、上記ホーン１と、下側金型１１とを備えている。下側金型１１は、ベース部材１２と、第１固定部材１３と、第２固定部材１４と、第３固定部材１５と、を備えている。ベース部材１２は、ホーン１を保持するための第１凹部１６と、ホーン部３（ホーン１）の突起部６ａを保持するための第２凹部１７と、口授する第１固定部材１３を保持するための第３凹部１８と、を有している。
【００２４】
ベース部材１２には、ホーン部３における第２部材５の端部５ｂを挿通させる開口部１２ａが形成されている。ホーン１は、第２部材５の端部５ｂを開口部１２ａに挿通させるとともに第２部材５の突起部６ａを第２凹部１７に保持させることでベース部材１２に取り付けられている。
【００２５】
第１固定部材１３は、第２凹部１７に保持された突起部６ａを押さえるようにベース部材１２の第３凹部１８に取り付けられている。第２固定部材１４は、突起部６ａを押さえる第１固定部材１３を上側から抑えるようにベース部材１２上に取り付けられている。第２固定部材１４には、ホーン部３における第２部材５の端部５ａを挿通させる開口部１４ａが形成されている。第３固定部材１５には、開口部１４ａを介して突出するホーン部３における第２部材５の端部５ａを挿通可能な開口部１５ａが形成されている。第３固定部材１５の上面は、第２固定部材１４上に載置された際、開口部１５ａ内に配置される端部５ｂの上面と面一となるような厚みを有している。
【００２６】
なお、第２固定部材１４及び第３固定部材１５は、金型装置に設けられた不図示のパンチの種類、又はプレスを行う形状に応じて適宜変更されるものである。
【００２７】
ところで、従来、振動方向変換ホーンの寸法は、その材質のヤング率、音速、使用する周波数により適宜設定されるが、実際の製品とした場合、ダイの固定状態等といった諸条件により所望の振幅が得られず、乱れのないきれいな振動を得ることができない場合があった。
【００２８】
特に本実施形態に係るホーン１ではダイ部７をチップ化しているので、ホーン部３における上下での重量バランスが崩れてしまい、きれいな振動を得られなくなる可能性が高い。これに対し、ホーン１は、ホーン部３においてダイ部７が設けられた第２部材５の端部５ａの反対側の端部５ｂに同重量のダミーのチップから構成されたバランス調整部８を配置している。
【００２９】
このような構成に基づき、ホーン１は、ホーン部３の全体における振動バランスを取ることができ、乱れの少ないきれいな振動を生じさせることができる。
【００３０】
また、ホーン１では、ダイ部７がチップ化されたチップ状部材から構成されるので、ダイ部７を交換することで汎用性の高いものとなる。また、ホーン１は、ダイ部７がホーン部３に圧入されることで部材同士の接触面積が増加しているため、超音波振動子２の振動を減衰させることなく伝えることができる。また、ホーン１においては、バランス調整部８がホーン部３に圧入されることで部材同士の接触面積が増加した状態とされるため、バランス調整部８がホーン部３に強固に固定されることとなり、ホーン部３の振動バランスを良好に調整することができる。
【００３１】
また、ホーン１を備えた金型装置１０によれば、ホーン１が乱れの少ないきれいな振動を生じさせることができるので、ブラーハ効果を良好に得ることができる信頼性の高いプレス加工を行うことができる。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、バランス調整部８を第２部材５に固定する方法として螺子止め方式を採用したが、接着剤を用いた接着方式を採用するようにしても構わない。この場合、バランス調整部８の下面と第２部材５の端部５ｂの上面とを当接させ、接着剤がバランス調整部８の側面と端部５ｂの上面に跨るように配置すればよい。このようにすれば、接着剤がバランス調整部８と端部５ｂとの間に介在しないので、バランス調整部８を確実に固定することができる。
【００３３】
また、同様に、上記実施形態では、ダイ部７を第２部材５に固定する方法として圧入方式を採用したが、接着剤を用いた接着方式を採用するようにしても構わない。この場合、ダイ部７の下面と第２部材５の端部５ａの上面とを当接させ、接着剤がダイ部７の側面と端部５ａの上面に跨るように配置すればよい。このようにすれば、接着剤がダイ部７と端部５ａとの間に介在しないので、ダイ部７を確実に固定することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  ホーン（振動方向変換ホーン）、２  超音波振動子、３  ホーン部、５ａ  端部（一方の端部）、５ｂ  端部（他方の端部）、７  ダイ部、８  バランス調整部
【図１】
2013144268.tif 000003
【図２】
2013144268.tif 000004
【図３】
2013144268.tif 000005