JP2021000769A - Ultrasonic machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波振動を使用して、被加工部材に対して加工を施す超音波加工装置、及びそれを備える超音波加工システムに関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic processing apparatus for processing a member to be processed by using ultrasonic vibration, and an ultrasonic processing system including the ultrasonic processing apparatus.
振動子の超音波振動によって熱可塑性樹脂等の間の境界面に摩擦熱を発生させて境界面の熱可塑性樹脂等を溶解し、超音波振動を停止させた後も加重を保持することによって熱可塑性樹脂等を溶着する超音波溶着装置が知られている。超音波溶着装置は、暗い環境で使用される場合がある。また振動子は、過負荷状態で超音波振動動作させると、発熱によって劣化して異常動作を起こす場合がある。 Friction heat is generated at the interface between the thermoplastic resins and the like by the ultrasonic vibration of the vibrator to melt the thermoplastic resin and the like at the interface, and the heat is maintained even after the ultrasonic vibration is stopped. An ultrasonic welding device for welding a plastic resin or the like is known. The ultrasonic welding device may be used in a dark environment. Further, when the vibrator is operated by ultrasonic vibration in an overloaded state, it may deteriorate due to heat generation and cause abnormal operation.
引用文献１には、半導体部品を吸着保持し、先端に取り付けられた超音波振動子を駆動して半導体部品のバンプを基板電極に接合させるボンディングヘッドと、吸着保持された半導体部品の吸着姿勢を画像認識する部品画像認識手段とを備える電子部品実装装置が開示されている。この電子部品実装装置の部品画像認識手段には照明装置が設けられ、半導体部品に対して照明光を照射する。引用文献２には、接合対象部位を含むワークをアンビル上に載置し、ワークの接合対象部位に加重を与えると共にホーンから超音波振動を印加して接合対象部位を接合する超音波接合装置が開示されている。この超音波接合装置においては、ホーンに超音波振動を与える超音波振動子を保持する振動子ホルダに熱流センサを取り付け、熱流センサの検出出力から振動子又はホーンの異常を監視する。引用文献３には、電圧を印加して電気抵抗により熱溶着チップ本体の熱溶着エッジを発熱させて、フィルター等のチップ材の周囲を熱可塑性樹脂製品に熱溶着するインパルス加熱方式の熱溶着装置が開示され、冷却エアの流出窓が、熱溶着チップ本体において、熱溶着エッジの両側面に水平に形成され、スリットが、熱溶着チップ本体の前後側面において、流出窓の中央から上方に向けて対称位置に形成され、冷却パイプが、熱溶着チップ本体の上端部内に嵌合したセラミック製絶縁体の中心孔を経由して熱溶着チップ本体内に挿入されて冷却エアを供給することが開示されている。この熱溶着装置においては、熱可塑性樹脂製品とチップ材とは、共に熱溶着エッジによって押圧されて熱溶着し、冷却パイプから噴出した冷却エアによって冷却されて固化し、冷却エアは、熱溶着チップ本体の先端部を内部から冷却し、流出窓及びスリットの間隙を経由して熱溶着チップ本体の外部に放出される。 Reference 1 describes a bonding head that attracts and holds a semiconductor component and drives an ultrasonic vibrator attached to the tip to bond a bump of the semiconductor component to a substrate electrode, and a suction posture of the semiconductor component that is attracted and held. An electronic component mounting device including a component image recognition means for image recognition is disclosed. An illumination device is provided in the component image recognition means of this electronic component mounting device, and the semiconductor component is irradiated with illumination light. In Cited Document 2, an ultrasonic bonding apparatus is provided in which a work including a bonding target portion is placed on an anvil, a load is applied to the bonding target portion of the work, and ultrasonic vibration is applied from a horn to bond the bonding target portion. It is disclosed. In this ultrasonic joining device, a heat flow sensor is attached to a vibrator holder that holds an ultrasonic vibrator that gives ultrasonic vibration to the horn, and an abnormality of the vibrator or the horn is monitored from the detection output of the heat flow sensor. Reference 3 describes an impulse heating type heat welding device in which a voltage is applied to heat the heat welding edge of the heat welding chip body by electric resistance, and the periphery of the chip material such as a filter is heat welded to a thermoplastic resin product. Is disclosed, cooling air outflow windows are formed horizontally on both side surfaces of the heat welding edge in the heat welding chip body, and slits are formed on the front and rear side surfaces of the heat welding chip body from the center of the outflow window upward. It is disclosed that the cooling pipes formed at symmetrical positions are inserted into the heat-welded chip body via the central hole of the ceramic insulator fitted in the upper end of the heat-welded chip body to supply cooling air. ing. In this heat welding device, both the thermoplastic resin product and the chip material are pressed by the heat welding edge to be heat welded, cooled by the cooling air ejected from the cooling pipe and solidified, and the cooling air is the heat welding chip. The tip of the main body is cooled from the inside and discharged to the outside of the heat welding chip main body through the gap between the outflow window and the slit.
特許文献１による電子部品実装装置は、超音波振動子が取り付けられたボンディングヘッドとは別に照明装置が設けられて、該実装装置全体のサイズが大きく、また振動子の異常を検出することができないという問題点がある。また、特許文献２のよる超音波接合装置は、熱流センサによって振動子又はホーンの異常を検出することができるが、異常が検出された場合に、振動子又はホーンの発熱を抑制することはできず、またワークの接合対象部位への加重を保持する時間を短縮することはできないという問題点がある。特許文献３のよる熱溶着装置は、冷却エアによって熱溶着された熱可塑性樹脂製品及びチップ材への加重を保持する時間を短縮することができるが、電気抵抗により熱溶着エッジを発熱させるインパルス加熱方式であるために、振動子を使用する特許文献２のよる超音波接合装置とは相違して、熱溶着エッジの温度が下がらないようにしなければならないという問題点がある。 In the electronic component mounting device according to Patent Document 1, a lighting device is provided separately from the bonding head to which the ultrasonic vibrator is attached, the size of the entire mounting device is large, and an abnormality of the vibrator cannot be detected. There is a problem. Further, the ultrasonic bonding apparatus according to Patent Document 2 can detect an abnormality of the vibrator or the horn by a heat flow sensor, but can suppress heat generation of the vibrator or the horn when the abnormality is detected. However, there is a problem that the time for holding the load on the bonding target portion of the work cannot be shortened. The heat welding apparatus according to Patent Document 3 can shorten the time for holding a load on a thermoplastic resin product and a chip material heat-welded by cooling air, but impulse heating that heats the heat-welded edge by electric resistance. Because of this method, there is a problem that the temperature of the heat-welded edge must not be lowered, unlike the ultrasonic bonding apparatus according to Patent Document 2 that uses an oscillator.
従って、本発明の目的は、上記問題点を解決して、使用者の視認性を向上させ、更には使用者の作業効率を向上させることを可能にする超音波加工装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic processing apparatus capable of solving the above problems, improving the visibility of the user, and further improving the work efficiency of the user. ..
本発明の１つの観点によれば、超音波加工装置が、ケーシングと、ケーシング内に収容され、電気的信号を機械的振動に変換して出力するトランスデューサと、トランスデューサによって出力された機械的振動に従って共振するホーンであって、その先端によって被加工部材に加工を施すホーンとを備え、超音波加工装置が、使用者がケーシングを片手で把持することができる大きさであって、ケーシングに少なくとも一部が収容された光源を更に備え、光源が、ホーンの先端を照射することができるようになっている。 According to one aspect of the present invention, the ultrasonic processing apparatus follows a casing, a transducer housed in the casing, a transducer that converts an electrical signal into mechanical vibration and outputs it, and a mechanical vibration output by the transducer. A horn that resonates and is provided with a horn that processes a member to be processed by its tip, and the ultrasonic processing apparatus has a size that allows the user to grip the casing with one hand, and the casing is at least one. A light source in which the portion is housed is further provided, and the light source can illuminate the tip of the horn.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、光源が、超音波加工装置における複数の状態の各々に応じて、照射条件を変更することができるようになっている。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, the light source can change the irradiation conditions according to each of a plurality of states in the ultrasonic processing apparatus.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、複数の状態が、超音波加工装置の超音波振動動作時、被加工部材の冷却時、超音波加工装置の過負荷動作前時、及び超音波加工装置の過負荷動作時のうちの少なくとも２つを含む。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, a plurality of states are when the ultrasonic processing apparatus is in the ultrasonic vibration operation, when the member to be processed is cooled, and before the ultrasonic processing apparatus is overloaded. And at least two of the overload operations of the ultrasonic processing equipment.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、照射条件の変更が、光源が照射する光の色の変更、光源の点灯又は消灯、光源が照射する光の輝度の変更、及び光源が照射する光の点滅の周波数の変更のうちの少なくとも１つを含む。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, the change of the irradiation condition is the change of the color of the light emitted by the light source, the on / off of the light source, the change of the brightness of the light emitted by the light source, and the light source. Includes at least one change in the blinking frequency of the light emitted by.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、超音波加工装置の超音波振動動作期間及び／又は被加工部材の冷却期間が、事前に設定されることができるようになっている。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, the ultrasonic vibration operation period of the ultrasonic processing apparatus and / or the cooling period of the member to be processed can be set in advance. ..
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、ケーシングには、流体を流入するための開口が設けられ、ホーンには、ホーンの先端近傍に流体を流出するための開口が設けられ、超音波加工装置が、流体が、ケーシングの開口からケーシング内に流入されてトランスデューサを冷却し、続いて、ホーンの内部を通ってホーンをその内部から冷却し、続いて、ホーンの開口から流出されてホーンの先端によって加工が施された被加工部材を冷却することができるようになっている。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, the casing is provided with an opening for inflowing fluid, and the horn is provided with an opening for flowing out fluid near the tip of the horn. The ultrasonic processing equipment causes fluid to flow into the casing through the opening of the casing to cool the transducer, then through the interior of the horn to cool the horn from within it, and then out of the opening of the horn. The tip of the horn allows the machined member to be cooled.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、流体が、ドライエア又は不活性ガスである。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, the fluid is dry air or an inert gas.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、ケーシングには、流体を流出するための開口が設けられ、ホーンには、ホーンの先端近傍から流体を流入するための開口が設けられ、超音波加工装置が、流体が、ホーンの先端によって加工が施された被加工部材を冷却し、続いて、ホーンの開口からホーン内に流入されてホーンの内部を通ってホーンをその内部から冷却し、続いて、ケーシング内に流入されてトランスデューサを冷却し、続いて、ケーシングの開口から流出されることができるようになっている。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, the casing is provided with an opening for flowing fluid, and the horn is provided with an opening for flowing fluid from the vicinity of the tip of the horn. The ultrasonic processing device cools the workpiece processed by the tip of the horn, and then the fluid flows into the horn through the opening of the horn and passes through the inside of the horn to pass the horn from inside. It is allowed to cool and then flow into the casing to cool the transducer and then out through the opening in the casing.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置が、トランスデューサとホーンとの間に配置されたコーンを更に備え、コーンが、トランスデューサによって出力された機械的振動の振幅を増幅してホーンに出力することができるようになっている。 According to a specific example of the present invention, the ultrasonic processing apparatus further includes a cone arranged between the transducer and the horn, and the cone amplifies the amplitude of the mechanical vibration output by the transducer into the horn. It can be output.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、流体が、コーンの内部を通ってコーンをその内部から冷却する。 According to a specific example of the present invention, in an ultrasonic processing apparatus, a fluid passes through the inside of the cone and cools the cone from the inside.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、ホーンの開口が、ホーンの径方向外方に、ホーンの軸線方向外方に、又はホーンの軸線方向から傾斜した方向に開口されている。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, the opening of the horn is opened outward in the radial direction of the horn, outward in the axial direction of the horn, or in a direction inclined from the axial direction of the horn. There is.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、ケーシングの開口が、ホーンの先端に対向するケーシングの後端に設けられいる。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, an opening of the casing is provided at the rear end of the casing facing the tip of the horn.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、ケーシングの側面には、凹面が設けられ、且つ平坦部が設けられている。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, a concave surface is provided and a flat portion is provided on the side surface of the casing.
本発明の一具体例によれば、超音波加工装置において、ケーシングの側面の凹面には、超音波加工装置の状態を切り換えるためのスイッチが設けられ、スイッチの高さは、ケーシングの高さより低くなっている。 According to a specific example of the present invention, in the ultrasonic processing apparatus, a switch for switching the state of the ultrasonic processing apparatus is provided on the concave surface on the side surface of the casing, and the height of the switch is lower than the height of the casing. It has become.
本発明の別の観点によれば、超音波加工システムが、少なくとも２つの上記超音波加工装置と、発振器とを備え、少なくとも２つの超音波加工装置の各々が、発振器から電気的信号を受信することができるように発振器に接続され、被加工部材に対して、他の超音波加工装置のホーンが被加工部材に対して施す加工とは異なる加工を施すことができるホーンを備える。 According to another aspect of the present invention, the ultrasonic processing system includes at least two of the above ultrasonic processing devices and an oscillator, and each of the at least two ultrasonic processing devices receives an electric signal from the oscillator. It is provided with a horn which is connected to an oscillator so as to be able to perform processing different from the processing performed on the member to be processed by the horn of another ultrasonic processing apparatus.
本発明によれば、ホーンの先端の視認性が高まることによって、超音波加工装置の使用者は、ホーンの先端によって加工が施される被加工部材の部分を容易に把握することでき、更には使用者の作業効率を向上させることができる。 According to the present invention, by increasing the visibility of the tip of the horn, the user of the ultrasonic processing apparatus can easily grasp the portion of the member to be machined by the tip of the horn, and further. The work efficiency of the user can be improved.
なお、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。 Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the examples of the present invention with respect to the accompanying drawings.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these examples.
図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態としての超音波加工装置１０１について説明する。超音波加工装置１０１は、ケーシング１０２と、ケーシング１０２内に収容され、電気的信号を機械的振動に変換して出力するトランスデューサ１０３と、トランスデューサ１０３によって出力された機械的振動に従って共振するホーン１０７とを備える。トランスデューサ１０３は、発振器から送信される交流信号を機械的振動に変換することが可能な振動子であればよく、例えば、ボルト締めランジュバン型振動子（Ｂｏｌｔ−ｃｌａｍｐｅｄ Ｌａｎｇｅｖｉｎ Ｔｙｐｅ （ＢＬＴ） Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）がある。ホーン１０７は、トランスデューサ１０３からの超音波振動を使用して、その先端によって被加工部材に対して加工を施す。超音波加工装置１０１は、用途に応じてホーン１０７を変更することによって、熱可塑性樹脂等の被加工部材に対して、溶着、カシメ、溶断、インサート、スウェージング、ゲートカット、リベッティング、等の加工を施すことができる。 The ultrasonic processing apparatus 101 as an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The ultrasonic processing apparatus 101 includes a casing 102, a transducer 103 housed in the casing 102 that converts an electric signal into mechanical vibration and outputs the transducer 103, and a horn 107 that resonates according to the mechanical vibration output by the transducer 103. To be equipped. The transducer 103 may be an oscillator capable of converting an AC signal transmitted from the oscillator into mechanical vibration, and for example, there is a bolt-clamped Langevin Type (BLT) Transducer. .. The horn 107 uses ultrasonic vibration from the transducer 103 to process the member to be processed by its tip. By changing the horn 107 according to the application, the ultrasonic processing apparatus 101 processes a member to be processed such as a thermoplastic resin by welding, caulking, fusing, inserting, swaging, gate cutting, riveting, and the like. Can be applied.
ケーシング１０２には、流体を注入するための開口１０８が設けられてもよく、ホーン１０７には、その先端１１１の近傍に流体を流出するための開口１１０が設けられてもよい。この場合、流体は、図１の矢印によって示されるように、ケーシング１０２の開口１０８からケーシング１０２の内部に注入されて通路１０９を通って流れ、まずはトランスデューサ１０３を冷却する。その後、流体は、ホーン１０７の内部を通って流れ、続いてホーン１０７をその内部から冷却する。更にその後、流体は、ホーン１０７の先端１１１の近傍に設けられた開口１１０から流出され、続いてホーン１０７の先端１１１によって加工が施された被加工部材を冷却する。このようにして、一連の流体の流れ１１３によって、トランスデューサ１０３、ホーン１０７、被加工部材を順々に、すなわち超音波加工装置１０１の内部だけでなく超音波加工装置１０１によって加工が施される被加工部材までをも効率的に冷却することが可能になる。 The casing 102 may be provided with an opening 108 for injecting the fluid, and the horn 107 may be provided with an opening 110 for flowing out the fluid in the vicinity of the tip 111 thereof. In this case, the fluid is injected into the casing 102 through the opening 108 of the casing 102 and flows through the passage 109, as indicated by the arrows in FIG. 1, first cooling the transducer 103. The fluid then flows through the interior of the horn 107, which subsequently cools the horn 107 from within. Further, after that, the fluid flows out from the opening 110 provided in the vicinity of the tip 111 of the horn 107, and subsequently cools the member to be machined by the tip 111 of the horn 107. In this way, the transducer 103, the horn 107, and the member to be machined are sequentially machined by the series of fluid flows 113, that is, not only inside the ultrasonic machining apparatus 101 but also by the ultrasonic processing apparatus 101. Even processed members can be cooled efficiently.
冷却に使用する流体は、超音波加工装置１０１、被加工部材、施される加工、等に応じて何れの流体であってもよいが、好ましくは圧縮されたドライエア又は不活性ガスである。また、冷却に使用する流体の圧力は、好ましくは０．０５ＭＰａ以上である。 The fluid used for cooling may be any fluid depending on the ultrasonic processing apparatus 101, the member to be processed, the processing to be performed, and the like, but is preferably compressed dry air or an inert gas. The pressure of the fluid used for cooling is preferably 0.05 MPa or more.
ケーシング１０２の開口１０８は流体を流出するためであってもよく、ホーン１０７の開口１１０は流体を流入するためであってもよい。この場合、流体は、図１に示される矢印の向きの一連の流体の流れ１１３とは逆向きに、まずはホーン１０７の先端１１１によって加工が施された被加工部材を冷却する。その後、流体は、ホーン１０７の開口１１０からホーン１０７の内部に流入されてホーン１０７の内部を通って流れ、続いてホーン１０７をその内部から冷却する。更にその後、流体は、ケーシング１０２の内部に流入されて通路１０９を通って流れ、続いてトランスデューサ１０３を冷却する。そして、流体は、ケーシング１０２の開口１０８から流出される。このようにして、図１に示される矢印の向きの一連の流体の流れ１１３とは逆向きの一連の流体の流れによって、被加工部材、ホーン１０７、トランスデューサ１０３を順々に、すなわち超音波加工装置１０１によって加工が施される被加工部材だけでなく超音波加工装置１０１の内部までをも効率的に冷却することが可能になる。このような一連の流体の流れは、ケーシング１０２の開口１０８に真空ポンプ等を接続して陰圧を印加することによって、流体がケーシング１０２の開口１０８から吸引されるように実行されてもよい。 The opening 108 of the casing 102 may be for the fluid to flow out, and the opening 110 of the horn 107 may be for the fluid to flow in. In this case, the fluid first cools the workpiece processed by the tip 111 of the horn 107 in the direction opposite to the series of fluid flows 113 in the direction of the arrow shown in FIG. After that, the fluid flows into the inside of the horn 107 through the opening 110 of the horn 107, flows through the inside of the horn 107, and then cools the horn 107 from the inside. After that, the fluid flows into the casing 102 and flows through the passage 109, which subsequently cools the transducer 103. Then, the fluid flows out from the opening 108 of the casing 102. In this way, the workpiece, the horn 107, and the transducer 103 are sequentially processed, that is, ultrasonically processed by the series of fluid flows in the direction opposite to the series of fluid flows 113 shown in the direction of the arrow shown in FIG. It is possible to efficiently cool not only the member to be machined by the device 101 but also the inside of the ultrasonic processing device 101. Such a series of fluid flow may be executed so that the fluid is sucked from the opening 108 of the casing 102 by connecting a vacuum pump or the like to the opening 108 of the casing 102 and applying a negative pressure.
ホーン１０７の先端１１１によって被加工部材を加工している場合にはホーン１０７に負荷が加わり、ホーン１０７を介してトランスデューサ１０３にも負荷が加わる。このホーン１０７に加わる負荷が大きくなるほど、トランスデューサ１０３に加わる負荷が大きくなり、トランスデューサ１０３の発熱が大きくなり、この結果、電気−機械変換効率が悪化する。この発熱によって、トランスデューサ１０３の周波数及び位相が所定の範囲を越えてシフトすると、共振状態から脱して、トランスデューサ１０３の振幅が急激に小さくなる。このために、発振器は、トランスデューサ１０３の周波数及び位相を所定の範囲内に収めるためのＰＬＬ回路等の周波数自動追尾機能を備えて、トランスデューサ１０３の振動の振幅を一定に保持するが、この際、トランスデューサ１０３により多くの電力を供給する。このホーン１０７に加わる負荷が更に大きくなると、発振器がトランスデューサ１０３にそれ以上の電力を供給することができず、トランスデューサ１０３の振動の振幅を一定に保持することができないという過負荷状態になる。しかし、上記のように冷却することによって、トランスデューサ１０３の発熱を抑制することが可能になり、より大きい負荷をホーン１０７に加えることが可能になり、超音波加工装置１０１による消費電力を削減することが可能になり、超音波振動によって溶解した被加工部材を冷却するために加重を保持する時間を短縮することが可能になる。 When the member to be processed is processed by the tip 111 of the horn 107, a load is applied to the horn 107, and a load is also applied to the transducer 103 via the horn 107. As the load applied to the horn 107 increases, the load applied to the transducer 103 increases, and the heat generated by the transducer 103 increases, resulting in deterioration of the electro-mechanical conversion efficiency. When the frequency and phase of the transducer 103 shift beyond a predetermined range due to this heat generation, the state of resonance is released and the amplitude of the transducer 103 sharply decreases. For this purpose, the oscillator is provided with a frequency automatic tracking function such as a PLL circuit for keeping the frequency and phase of the transducer 103 within a predetermined range, and keeps the amplitude of the vibration of the transducer 103 constant. It supplies more power to the transducer 103. When the load applied to the horn 107 becomes even larger, the oscillator cannot supply more power to the transducer 103, resulting in an overload state in which the amplitude of vibration of the transducer 103 cannot be kept constant. However, by cooling as described above, it becomes possible to suppress the heat generation of the transducer 103, apply a larger load to the horn 107, and reduce the power consumption of the ultrasonic processing apparatus 101. It becomes possible to shorten the time for holding the load to cool the member to be processed melted by the ultrasonic vibration.
超音波加工装置１０１は、トランスデューサ１０３とホーン１０７との間に配置されたコーン１０５を備えてもよく、コーン１０５は、トランスデューサ１０３によって出力された機械的振動の振幅を増幅してホーン１０７に出力する。このように超音波加工装置１０１がコーン１０５を備える場合には、トランスデューサ１０３を冷却した流体は、ケーシング１０２の内部からコーン１０５の内部を通って流れ、コーン１０５をその内部から冷却し、繋ぎねじ１０６によって接続されたホーン１０７に繋ぎねじ１０６の貫通孔を介して流れる。このようにして、一連の流体の流れ１１３によって、トランスデューサ１０３、コーン１０５、ホーン１０７、被加工部材を順々に、すなわち超音波加工装置１０１の内部だけでなく超音波加工装置１０１によって加工が施される被加工部材までをも効率的に冷却することが可能になる。或いは、ホーン１０７の先端１１１によって加工が施された被加工部材を冷却した流体は、ホーン１０７の開口１１０から流入されてホーン１０７の内部を通って流れ、ホーン１０７をその内部から冷却し、繋ぎねじ１０６によって接続されたコーン１０５に繋ぎねじ１０６の貫通孔を介して流れ、コーン１０５の内部を通って流れ、コーン１０５をその内部から冷却する。このようにして、一連の流体の流れによって、被加工部材、ホーン１０７、コーン１０５、トランスデューサ１０３を順々に、すなわち超音波加工装置１０１によって加工が施される被加工部材だけでなく超音波加工装置１０１の内部までをも効率的に冷却することが可能になる。 The ultrasonic processing apparatus 101 may include a cone 105 arranged between the transducer 103 and the horn 107, and the cone 105 amplifies the amplitude of the mechanical vibration output by the transducer 103 and outputs it to the horn 107. To do. When the ultrasonic processing apparatus 101 includes the cone 105 in this way, the fluid that has cooled the transducer 103 flows from the inside of the casing 102 through the inside of the cone 105, cools the cone 105 from the inside, and has a connecting screw. It flows through the through hole of the connecting screw 106 to the horn 107 connected by 106. In this way, the transducer 103, the cone 105, the horn 107, and the member to be machined are sequentially processed by the series of fluid flows 113, that is, not only inside the ultrasonic processing apparatus 101 but also by the ultrasonic processing apparatus 101. It is possible to efficiently cool even the workpiece to be processed. Alternatively, the fluid that has cooled the member to be machined processed by the tip 111 of the horn 107 flows in through the opening 110 of the horn 107 and flows through the inside of the horn 107, cools the horn 107 from the inside, and connects the horn 107. It flows to the cone 105 connected by the screw 106 through the through hole of the connecting screw 106, flows through the inside of the cone 105, and cools the cone 105 from the inside. In this way, the workpiece, the horn 107, the cone 105, and the transducer 103 are sequentially processed by a series of fluid flows, that is, not only the workpiece to be processed by the ultrasonic processing apparatus 101 but also ultrasonic processing. Even the inside of the device 101 can be efficiently cooled.
図１の実施形態においては、ホーン１０７に、ホーン１０７の径方向外方に流体を流出するように、又はホーン１０７の径方向外方から流体を流入するように開口１１０を設けて被加工部材を冷却しているが、図３に示すように、ホーン１０７の軸線方向から傾斜した方向に流体を流出するように、又はホーン１０７の軸線方向から傾斜した方向から流体を流入するように開口１１０を設けて被加工部材を冷却してもよい。また、図４に示すように、ホーン１０７の軸線方向外方に流体を流出するように、又はホーン１０７の軸線方向外方から流体を流入するように開口１１０を設けて被加工部材を冷却してもよい。これによって、被加工部材の性質、施される加工、等に応じた冷却をすることが可能になる。 In the embodiment of FIG. 1, the horn 107 is provided with an opening 110 so that the fluid flows out in the radial direction of the horn 107 or flows in the fluid from the radial outside of the horn 107. However, as shown in FIG. 3, the opening 110 is such that the fluid flows out in the direction inclined from the axial direction of the horn 107, or the fluid flows in in the direction inclined from the axial direction of the horn 107. May be provided to cool the member to be processed. Further, as shown in FIG. 4, an opening 110 is provided so that the fluid flows out of the horn 107 in the axial direction or the fluid flows in from the outside of the horn 107 in the axial direction to cool the member to be processed. You may. This makes it possible to perform cooling according to the properties of the member to be processed, the processing to be performed, and the like.
ケーシング１０２に設けられた開口１０８は、ホーン１０７の先端１１１に対向するケーシング１０２の後端１１２に設けられていてもよい。これによって、流体は一方向に流れることが可能になり、超音波加工装置１０１の内部から被加工部材まで、又は被加工部材から超音波加工装置１０１の内部まで効率的に冷却することが可能になる。 The opening 108 provided in the casing 102 may be provided in the rear end 112 of the casing 102 facing the front end 111 of the horn 107. As a result, the fluid can flow in one direction, and it is possible to efficiently cool from the inside of the ultrasonic processing apparatus 101 to the member to be processed, or from the member to be processed to the inside of the ultrasonic processing apparatus 101. Become.
図６に上記の超音波加工装置１０１を２つ並列に備える多頭式超音波加工装置を示す。このように２つの超音波加工装置１０１を備えることによって同時に複数の被加工部材の部分に加工を施すことができる。なお、図６の多頭式超音波加工装置においては、２つの超音波加工装置１０１を並列に備えるが、３つ以上の超音波加工装置１０１を並列に備えてもよい。上記のように、流体が超音波加工装置１０１の内部を流れるようにして、超音波加工装置１０１の内部及び被加工部材を冷却するために、超音波加工装置１０１の構造をコンパクト化することができる。図５に従来の超音波加工装置を２つ並列に備える多頭式超音波加工装置を示すが、従来の超音波加工装置においては、被加工部材の冷却はホース１１７を別途備えて、超音波加工装置の内部の冷却とは別々に行われていた。このホース１１７を別途備えるために、超音波加工装置全体としてコンパクト化することができず、超音波加工装置を複数備える多頭式超音波加工装置においては更に構造が複雑化し、コンパクト化することができなかった。しかし、上記のように、流体が超音波加工装置１０１の内部を流れるようにして、超音波加工装置１０１の内部及び被加工部材を冷却することによって、多頭式超音波加工装置において、構造を単純化することが可能になり、更にはコンパクト化することが可能になるという相乗効果をもたらす。 FIG. 6 shows a multi-headed ultrasonic processing apparatus including two of the above ultrasonic processing apparatus 101 in parallel. By providing the two ultrasonic processing devices 101 in this way, it is possible to process a plurality of parts to be processed at the same time. In the multi-headed ultrasonic processing apparatus of FIG. 6, two ultrasonic processing apparatus 101 are provided in parallel, but three or more ultrasonic processing apparatus 101 may be provided in parallel. As described above, the structure of the ultrasonic processing apparatus 101 can be made compact in order to allow the fluid to flow inside the ultrasonic processing apparatus 101 to cool the inside of the ultrasonic processing apparatus 101 and the member to be processed. it can. FIG. 5 shows a multi-headed ultrasonic processing apparatus equipped with two conventional ultrasonic processing apparatus in parallel. In the conventional ultrasonic processing apparatus, a hose 117 is separately provided for cooling the member to be processed, and ultrasonic processing is performed. It was done separately from the cooling inside the device. Since the hose 117 is separately provided, the entire ultrasonic processing apparatus cannot be made compact, and the structure of the multi-headed ultrasonic processing apparatus provided with a plurality of ultrasonic processing apparatus can be further complicated and made compact. There wasn't. However, as described above, the structure is simplified in the multi-headed ultrasonic processing apparatus by allowing the fluid to flow inside the ultrasonic processing apparatus 101 to cool the inside of the ultrasonic processing apparatus 101 and the member to be processed. It has a synergistic effect that it can be made compact and can be made compact.
超音波加工装置１０１は、光源１０４を更に備える。光源１０４は、その全部がケーシング１０２に収容されてもよく、またその少なくとも一部がケーシング１０２に収容されてもよい。光源１０４は、ホーン１０７の先端１１１を照射して、ホーン１０７の先端１１１の視認性を高め、これによって、超音波加工装置１０１の使用者が、ホーン１０７の先端１１１によって加工が施される被加工部材の部分を容易に把握することが可能になり、特に暗い環境で超音波加工装置１０１を使用して被加工部材に対して加工を施す場合に有利である。なお、光源１０４は、何れの光源であってもよいが、好ましくはＬＥＤである。 The ultrasonic processing apparatus 101 further includes a light source 104. The light source 104 may be entirely housed in the casing 102, or at least a part thereof may be housed in the casing 102. The light source 104 irradiates the tip 111 of the horn 107 to improve the visibility of the tip 111 of the horn 107, whereby the user of the ultrasonic processing apparatus 101 is processed by the tip 111 of the horn 107. It becomes possible to easily grasp the portion of the processed member, which is particularly advantageous when the member to be processed is processed by using the ultrasonic processing apparatus 101 in a dark environment. The light source 104 may be any light source, but is preferably an LED.
光源１０４は、超音波加工装置１０１における複数の状態の各々に応じて、照射条件を変更してもよい。これによって、超音波加工装置１０１の使用者が、超音波加工装置１０１の状態を容易に把握することが可能になる。超音波加工装置１０１の状態としては、超音波加工装置１０１の超音波振動動作時、被加工部材の冷却時、超音波加工装置１０１の過負荷動作前時、及び超音波加工装置１０１の過負荷動作時がある。例えば、超音波加工装置１０１を超音波振動動作させて被加工部材に対して加工を施す状態の場合には、光源１０４は、加工が施される被加工部材の部分を把握するためにある色を有する光（例えば白色光）を照射する。そして、加工後、超音波加工装置１０１の超音波振動動作を停止して、加工が施された被加工部材の部分を冷却する状態の場合には、光源１０４は、冷却していることを示すために超音波振動動作時の色とは異なる色を有する光（例えば青色光）を照射する。また、超音波加工装置１０１を過負荷状態で超音波振動動作させるとトランスデューサ１０３が故障する虞がある。そこで、例えばトランスデューサ１０３における消費電力等を監視することによって、超音波加工装置１０１の過負荷状態の前の状態の場合には、光源１０４は、超音波加工装置１０１が過負荷状態になることを未然に防止するために更に異なる色を有する光（例えば黄色光）を照射する。そして、超音波加工装置１０１の過負荷状態の場合には、光源１０４は、警報を発するためにまた更に異なる色を有する光（例えば赤色光）を照射する。またこの場合には、更に認識性を高めるために、音声が発せられてもよい。 The light source 104 may change the irradiation conditions according to each of the plurality of states in the ultrasonic processing apparatus 101. This makes it possible for the user of the ultrasonic processing apparatus 101 to easily grasp the state of the ultrasonic processing apparatus 101. The state of the ultrasonic processing device 101 includes the ultrasonic vibration operation of the ultrasonic processing device 101, the cooling of the member to be processed, the time before the overload operation of the ultrasonic processing device 101, and the overload of the ultrasonic processing device 101. There are times when it works. For example, in the case where the ultrasonic processing apparatus 101 is subjected to ultrasonic vibration operation to process the member to be processed, the light source 104 has a certain color for grasping the portion of the member to be processed. (For example, white light) is irradiated. Then, when the ultrasonic vibration operation of the ultrasonic processing apparatus 101 is stopped after processing to cool the processed member to be processed, the light source 104 indicates that the light source 104 is cooling. Therefore, light having a color different from the color at the time of ultrasonic vibration operation (for example, blue light) is irradiated. Further, if the ultrasonic processing apparatus 101 is operated by ultrasonic vibration in an overloaded state, the transducer 103 may break down. Therefore, for example, by monitoring the power consumption of the transducer 103 and the like, in the case of the state before the overload state of the ultrasonic processing device 101, the light source 104 causes the ultrasonic processing device 101 to be in the overload state. In order to prevent it, light having a different color (for example, yellow light) is irradiated. Then, in the case of the overloaded state of the ultrasonic processing apparatus 101, the light source 104 irradiates light having a different color (for example, red light) in order to issue an alarm. Further, in this case, a voice may be emitted in order to further enhance the recognition.
上記においては、光源１０４は、超音波加工装置１０１における複数の状態の各々に応じて、照射条件の変更として、照射する光の色を変更しているが、照射条件の変更として、光源１０４の点灯又は消灯、光源１０４が照射する光の輝度の変更、又は光源１０４が照射する光の点滅の周波数の変更であってもよく、また、これらを組み合わせて照射条件を変更してもよい。 In the above, the light source 104 changes the color of the light to be irradiated as a change of the irradiation condition according to each of a plurality of states in the ultrasonic processing apparatus 101, but the light source 104 changes the irradiation condition. It may be turned on or off, the brightness of the light emitted by the light source 104 may be changed, or the blinking frequency of the light emitted by the light source 104 may be changed, or the irradiation conditions may be changed by combining these.
超音波加工装置１０１の超音波振動動作期間は、事前に設定されていてもよい。使用者は、超音波加工装置１０１のホーン１０７を加工が施される被加工部材の部分に接触させ、トランスデューサ１０３による超音波振動をホーン１０７を介して加工が施される被加工部材の部分に伝達させて、加工が施される被加工部材の部分を溶解させるが、超音波加工装置１０１を超音波振動動作させる時間が短い場合には、加工が施される被加工部材の部分を溶解させることができない場合がある。そこで、事前に設定された動作期間の間は、光源１０４がある色を有する光（例えば白色光）を照射する一方で、事前に設定された動作期間が終了した場合には、光源１０４が消灯するようにしてもよい。これによって、使用者の感覚に寄らずに加工が施される被加工部材の部分を溶解させることが可能になり、加工品質を管理することが可能になり、更には超音波加工装置１０１による消費電力を削減することが可能になる。 The ultrasonic vibration operation period of the ultrasonic processing apparatus 101 may be set in advance. The user brings the horn 107 of the ultrasonic processing apparatus 101 into contact with the portion of the member to be processed, and the ultrasonic vibration by the transducer 103 is applied to the portion of the member to be processed via the horn 107. It is transmitted to melt the part of the member to be processed, but when the time for ultrasonic vibration operation of the ultrasonic processing device 101 is short, the part of the member to be processed is melted. It may not be possible. Therefore, during the preset operation period, the light source 104 irradiates light having a certain color (for example, white light), while when the preset operation period ends, the light source 104 is turned off. You may try to do it. This makes it possible to melt the portion of the member to be processed that is processed without depending on the user's feeling, control the processing quality, and further consume by the ultrasonic processing apparatus 101. It becomes possible to reduce power consumption.
また、超音波加工装置１０１による被加工部材の冷却期間は、事前に設定されていてもよい。上記のように、ホーン１０７の先端１１１の近傍に設けられた開口１１０から流体が流出されることによって、又は開口１１０に流体が流入されることによって、流体が、ホーン１０７の先端１１１によって加工が施された被加工部材の部分を冷却するが、冷却する時間が短い場合には、加工が施された被加工部材の部分を固化させることができない場合がある。そこで、事前に設定された冷却期間の間は、光源１０４がある色を有する光（例えば青色光）を照射する一方で、事前に設定された冷却期間が終了した場合には、光源１０４が消灯するようにしてもよい。これによって、使用者の感覚に寄らずに加工が施された被加工部材の部分を冷却させることが可能になり、加工品質を管理することが可能になり、更には超音波加工装置１０１による消費電力を削減することが可能になる。なお、光源１０４は、動作期間の終了及び冷却期間の終了に応じて、照射条件の変更として、点灯又は消灯するが、照射条件の変更として、光源１０４が照射する光の色の変更、光源１０４が照射する光の輝度の変更、又は光源１０４が照射する光の点滅の周波数の変更であってもよく、また、これらを組み合わせて照射条件を変更してもよい。 Further, the cooling period of the member to be processed by the ultrasonic processing apparatus 101 may be set in advance. As described above, the fluid is processed by the tip 111 of the horn 107 by the fluid flowing out from the opening 110 provided near the tip 111 of the horn 107 or by flowing the fluid into the opening 110. The portion of the processed member to be processed is cooled, but if the cooling time is short, it may not be possible to solidify the portion of the processed member to be processed. Therefore, while the light source 104 irradiates light having a certain color (for example, blue light) during the preset cooling period, the light source 104 is turned off when the preset cooling period ends. You may try to do it. As a result, it becomes possible to cool the part of the processed member that has been processed without depending on the user's feeling, it becomes possible to control the processing quality, and further, it is consumed by the ultrasonic processing apparatus 101. It becomes possible to reduce power consumption. The light source 104 is turned on or off as a change of the irradiation condition according to the end of the operation period and the end of the cooling period, but as a change of the irradiation condition, the color of the light emitted by the light source 104 is changed and the light source 104 is changed. The brightness of the light emitted by the light source 104 may be changed, or the blinking frequency of the light emitted by the light source 104 may be changed, or the irradiation conditions may be changed by combining these.
超音波加工装置１０１のケーシング１０２の側面１１６には、図１に示すように把持部１１４としての凹面が設けられてもよい。これによって、使用者が超音波加工装置１０１を片手で容易に把持することが可能になる。また、超音波加工装置１０１のケーシング１０２の側面１１６には、図２に示すようにケーシング１０２を面取りして平坦部が設けられてもよい。これによって、超音波加工装置１０１を平面上に戴置した場合であっても、超音波加工装置１０１が転がることを防止することが可能になる。 As shown in FIG. 1, the side surface 116 of the casing 102 of the ultrasonic processing apparatus 101 may be provided with a concave surface as the grip portion 114. This allows the user to easily grasp the ultrasonic processing apparatus 101 with one hand. Further, as shown in FIG. 2, a flat portion may be provided on the side surface 116 of the casing 102 of the ultrasonic processing apparatus 101 by chamfering the casing 102. This makes it possible to prevent the ultrasonic processing apparatus 101 from rolling even when the ultrasonic processing apparatus 101 is placed on a flat surface.
超音波加工装置１０１のケーシング１０２の側面１１６の凹面には、超音波加工装置１０１の状態を切り換えるためのスイッチ１１５が設けられてもよい。スイッチ１１５が把持部１１４の近傍にあるために、使用者が加工中に超音波加工装置１０１の状態を容易に切り換えることが可能になる。また、スイッチ１１５の高さは、ケーシング１０２の側面１１６の最も高い部分の高さより低くなっていてもよい。これによって、超音波加工装置１０１を平面上に戴置した場合であっても、スイッチ１１５の誤動作を防止することが可能になる。 A switch 115 for switching the state of the ultrasonic processing apparatus 101 may be provided on the concave surface of the side surface 116 of the casing 102 of the ultrasonic processing apparatus 101. Since the switch 115 is in the vicinity of the grip portion 114, the user can easily switch the state of the ultrasonic processing apparatus 101 during processing. Further, the height of the switch 115 may be lower than the height of the highest portion of the side surface 116 of the casing 102. This makes it possible to prevent the switch 115 from malfunctioning even when the ultrasonic processing apparatus 101 is placed on a flat surface.
次に図７を参照して、本発明の一実施形態としての超音波加工システム２０１について説明する。超音波加工システム２０１は、発振器２０２と、第１の超音波加工装置２０３と、第２の超音波加工装置２０４とを備える。第１の超音波加工装置２０３及び第２の超音波加工装置２０４は、上記で説明された超音波加工装置１０１であって、超音波加工システム２０１は、必要に応じて更に超音波加工装置を備えてもよい。第１の超音波加工装置２０３及び第２の超音波加工装置２０４の各々は、発振器２０２から電気的信号を受信するために発振器２０２に接続される。第１の超音波加工装置２０３は、被加工部材に対して、第２の超音波加工装置２０４のホーンが被加工部材に対して施す加工とは異なる加工を施すホーンを備える。例えば、第１の超音波加工装置２０３は、被加工部材を溶着するホーンを備える一方で、第２の超音波加工装置２０４は、被加工部材を溶断するホーンを備えてもよい。第１の超音波加工装置２０３と、第２の超音波加工装置２０４とを備えることによって、各加工に応じてホーンを交換する必要はなく、全体の加工時間を短縮することが可能になる。発振器２０２は、第１の超音波加工装置２０３及び第２の超音波加工装置２０４に送信する電気的信号を調整することが可能であって、例えば、第１の超音波加工装置２０３及び第２の超音波加工装置２０４の各々のトランスデューサを超音波振動させるための交流信号の振幅、第１の超音波加工装置２０３及び第２の超音波加工装置２０４の各々の超音波振動動作期間、被加工部材の冷却期間、等を調整することが可能である。 Next, the ultrasonic processing system 201 as an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. The ultrasonic processing system 201 includes an oscillator 202, a first ultrasonic processing device 203, and a second ultrasonic processing device 204. The first ultrasonic processing apparatus 203 and the second ultrasonic processing apparatus 204 are the ultrasonic processing apparatus 101 described above, and the ultrasonic processing system 201 further adds an ultrasonic processing apparatus as needed. You may prepare. Each of the first ultrasonic processing apparatus 203 and the second ultrasonic processing apparatus 204 is connected to the oscillator 202 in order to receive an electric signal from the oscillator 202. The first ultrasonic processing apparatus 203 includes a horn that performs a processing different from the processing performed on the member to be processed by the horn of the second ultrasonic processing apparatus 204 on the member to be processed. For example, the first ultrasonic processing apparatus 203 may include a horn for welding the member to be processed, while the second ultrasonic processing apparatus 204 may include a horn for fusing the member to be processed. By providing the first ultrasonic processing apparatus 203 and the second ultrasonic processing apparatus 204, it is not necessary to replace the horn according to each processing, and the entire processing time can be shortened. The oscillator 202 can adjust the electrical signal transmitted to the first ultrasonic processing apparatus 203 and the second ultrasonic processing apparatus 204, for example, the first ultrasonic processing apparatus 203 and the second ultrasonic processing apparatus 203. The amplitude of the AC signal for ultrasonically vibrating each transducer of the ultrasonic processing device 204, the operating period of each ultrasonic vibration of the first ultrasonic processing device 203 and the second ultrasonic processing device 204, and the work to be performed. It is possible to adjust the cooling period of the member, etc.
上記記載は特定の実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の原理と添付の特許請求の範囲の範囲内で種々の変更及び修正をすることができることは当業者に明らかである。 Although the above description has been made for a specific embodiment, it is clear to those skilled in the art that the present invention is not limited to this, and various changes and modifications can be made within the scope of the principles of the present invention and the appended claims. is there.
１０１ 超音波加工装置
１０２ ケーシング
１０３ トランスデューサ
１０４ 光源
１０５ コーン
１０６ 繋ぎねじ
１０７ ホーン
１０８ ケーシングの開口
１０９ 通路
１１０ ホーンの開口
１１１ 先端
１１２ 後端
１１３ 流体の流れ
１１４ 把持部
１１５ スイッチ
１１６ 側面
１１７ ホース
２０１ 超音波加工システム
２０２ 発振器
２０３ 第１の超音波加工装置
２０４ 第２の超音波加工装置
101 Ultrasonic processing equipment 102 Casing 103 Transducer 104 Light source 105 Cone 106 Coupling screw
107 Horn 108 Casing opening 109 Passage 110 Horn opening 111 Tip 112 Rear end 113 Fluid flow 114 Grip 115 Switch 116 Side side 117 Hose 201 Ultrasonic processing system 202 Oscillator 203 First ultrasonic processing device 204 Second super Sound wave processing equipment
Claims (15)
前記ケーシング内に収容され、電気的信号を機械的振動に変換して出力するトランスデューサと、
前記トランスデューサによって出力された機械的振動に従って共振するホーンであって、その先端によって被加工部材に加工を施すホーンと
を備える超音波加工装置であって、
前記超音波加工装置は、使用者が前記ケーシングを片手で把持することができる大きさであって、前記ケーシングに少なくとも一部が収容された光源を更に備え、前記光源は、前記ホーンの先端を照射することができるようになっている、超音波加工装置。 Casing and
A transducer housed in the casing, which converts an electrical signal into mechanical vibration and outputs it.
An ultrasonic processing apparatus including a horn that resonates according to mechanical vibration output by the transducer and a horn that processes a member to be processed by its tip.
The ultrasonic processing apparatus is sized so that the user can grip the casing with one hand, and further includes a light source in which at least a part thereof is housed in the casing, and the light source has a tip of the horn. An ultrasonic processing device that can be irradiated.
前記少なくとも２つの超音波加工装置の各々は、前記発振器から前記電気的信号を受信することができるように前記発振器に接続され、前記被加工部材に対して、他の超音波加工装置のホーンが前記被加工部材に対して施す加工とは異なる加工を施すことができるホーンを備える、超音波加工システム。 An ultrasonic processing system including the ultrasonic processing apparatus according to any one of claims 1 to 14 and an oscillator.
Each of the at least two ultrasonic processing devices is connected to the oscillator so that the electric signal can be received from the oscillator, and the horn of the other ultrasonic processing device is attached to the member to be processed. An ultrasonic processing system including a horn capable of performing processing different from the processing applied to the member to be processed.
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