[发明专利]朗之万型超声波振子的振动激励方法以及超声波加工方法和超声波发送方法

说明书

提供使用朗之万型超声波振子来激励新的振动模式的往复运动的超声波振动的方法以及利用该新的超声波振动的超声波加工方法和超声波发送方法。一种方法，其中，准备包含金属块、具备向侧面呈环状突出的支承框体的金属块、以及固定在这些金属块之间的极化处理完毕的压电元件的朗之万型超声波振子，在将该超声波振子经由支承框体连接于基台而以拘束状态支承之后，向超声波振子的压电元件施加具有规定的频率的电压，由此，使超声波振子激励与压电元件的平面垂直的方向上的在振子的内部不具有振动节点的往复振动的超声波振动，以及利用该超声波振子的振动激励方法的超声波加工方法和超声波发送方法。

技术领域

本发明涉及朗之万型超声波振子的振动激励方法，特别是涉及新的振动模式的超声波振动的激励方法。本发明还涉及利用朗之万型超声波振子的新的振动模式的超声波振动的超声波加工方法和超声波发送方法。

背景技术

关于将压电元件用作超声波产生源的超声波振子，已知有各种结构的超声波振子，但是，作为其代表的结构，已知由一对金属块和在这些金属块之间固定的极化处理完毕的压电元件构成的朗之万型超声波振子。在其中，在一对金属块之间利用螺栓将极化处理完毕的压电元件连接并且在高压下拧紧固定的构造的螺栓紧固朗之万型超声波振子也能够进行高能量的超声波振动的产生，因此，讨论了附设于用于进行各种材料的切削加工、塑性加工、磨粒加工等的工具来使用的超声波加工中的利用。进而，关于各种超声波振子，讨论通过经由振动板或振动单元发送在该超声波振子产生的超声波振动进行的、超声波洗涤、金属接合、塑料熔敷、超声波雾化、乳化、分散等超声波处理的用途、以及向鱼群探知器等水声设备（underwater acoustic device）（声纳）、超声波探伤器、医疗用回声诊断装置、流量计等通信应用设备的利用，在许多领域中被实际使用。

已经知晓包含螺栓紧固朗之万型超声波振子的各种超声波振子的结构，但是，为了明确起见，参照添附的图1和图2来在以下简单地说明代表的螺栓紧固朗之万型超声波振子的结构以及其利用方式的一个例子。

图1是示出螺栓紧固朗之万型超声波振子的代表的构造的例子的图。螺栓紧固朗之万型超声波振子1具有在一对金属块2a、2b之间夹持极化完毕的压电元件（例子：PZT等压电陶瓷板）3a、3b并且使用螺栓4将金属块2a、2b彼此拧紧后的构造。在图1中，在压电元件中记入的箭头表示极化方向。再有，在压电元件3连接有用作用于施加电能的端子的电极片（通常使用磷青铜等的电极片）5a、5b。

图2是示出将螺栓紧固朗之万型超声波振子用作超声波振动源的超声波磨削加工装置（研磨机）的结构例的图。在图2中，超声波磨削加工装置10在外壳11内收容有在下端部具备经由角状物（horn）12连接的研磨工具13的超声波振子1，利用轴承14以能旋转的方式支承该超声波振子1。超声波振子1的旋转由连接于伺服单元15的交流主轴电动机16驱动。在图2的装置中，经由连接于在外部设置的电能供给源17的由碳刷和滑环（slip ring）构成的接触型供电装置18供给超声波振子1的超声波振动用的电能。

在超声波加工装置中通过向各种工具提供超声波振动而期待的效果为利用该工具的加工作业所需要的电能的节省或加工精度的提高等，但是，在此之前制造而用于实际的加工作业的超声波加工装置中，无法充分得到该期待的效果。因此，在当前的时间点超声波加工装置的普及不可说是充分发展。因此，为了发展超声波加工的进一步的普及，在超声波加工作业的实施中需要实现为了超声波振动的振动的激励而需要的电能量的减少并且得到进一步充分的加工精度的提高那样的改良。

本发明的发明者在此之前提出了能够期待与超声波振子的振动的激励所需要的电能量相称的加工精度的提高的各种超声波振子的改良发明，进行了专利申请。例如，在那些改良发明之中作为最近的发明能够举出专利文献1所公开的发明。