JP2003200415A - 超音波コアビット - Google Patents

超音波コアビット

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JP2003200415A JP2002367911A JP2002367911A JP2003200415A JP 2003200415 A JP2003200415 A JP 2003200415A JP 2002367911 A JP2002367911 A JP 2002367911A JP 2002367911 A JP2002367911 A JP 2002367911A JP 2003200415 A JP2003200415 A JP 2003200415A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 円筒胴部に軸方向の縦振動を発生するため
に、中心軸方向超音波励振器により、強い振動の励振作
用を生じる、大径のコアビットを実現するとともに、円
筒胴部の軸方向端部における軸方向振動の振幅を増大さ
せる。 【解決手段】 鉱物等からなる地盤の材料を研削的に除
去するためのコアビット（１）は、一方の端部に切削チ
ップ又は研磨チップ（２）を配設した円筒胴部（３）
と、この他方の端部に結合された蓋部（４）とを具え
る。蓋部（４）は、軸心部に少なくとも回転する工具装
置に収容されるシャンク（５）を具え、かつ同心曲げ振
動の目標励振振動数に関して、整数個の振幅振動腹を形
成するように寸法を定められている。円筒胴部（３）
が、軸方向縦振動の目標励振振動数に関して、整数個の
振幅振動腹を形成するように寸法が定められている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、鉱物等、例えば
岩やコンクリート等からなる地盤の材料をを研削的に除
去するための切削チップ又は研磨チップを具え、対称軸
の周りを回転駆動されるコアビットに関し、特に軸方向
超音波励振器を具えるコアビットに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、有底円筒状に形成されたコアビ
ットは、一方の端部に研磨チップを配設した円筒胴部
と、この他方の端部に結合された蓋部とを具え、この蓋
部が軸心部に少なくとも回転する工具装置により把持さ
れるシャンクを有する。一般に、コアビットの固有振動
数は、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの領域の超音波と重な
るので、軸心部にあるシャンク内のアクチュエーターか
ら、この振動数の超音波を励振する。このようなコアビ
ットにより、直径が約１００ｍｍと小径の円筒胴部が実
現されるだけでなく、地盤へ侵入する場合に、コアビッ
トはアクチュエーターの励振直径よりも大きな大径であ
るので、振動が激しくならない、すなわち円筒胴部に作
用する研削掘削に必要な軸力の減衰が大きい場合にも、
この十分に安定な軸線長手方向振動を励振することが可
能となる。
【０００３】ドイツ国特許第３８１２９１７号（特許文
献１）には、詳細は不明な固有振動数で作動するスロッ
トドリルに沿ってドリルクラウン内で延在する開口が記
載されている。ドイツ国特許第３６３５８０６号（特許
文献２）には、円筒形状の本体部に等間隔に配置した複
数の縦溝を具える、振動方向を制御可能な超音波振動器
が記載されている。
【０００４】ドイツ国特許第４４４４８５３号（特許文
献３）には、円筒胴部と、一方の端部に結合された蓋部
とを具えるコアビットが記載されている。このコアビッ
トは、固有振動数を有する軸心部内で軸線方向に曲げ振
動を励振する。さらに、研磨チップの半径方向の厚さが
変動する、曲げ振動を励振するための研磨ディスクが、
幾何学的に定義されていない位置に同心状の断面段差を
具える。
【０００５】ドイツ国特許第１９７５８２４３号（特許
文献４）には、面状に放射された音場の指向性を向上さ
せるために、曲げ振動板を有する超音波変換器が記載さ
れている。この曲げ振動板は、振幅振動節領域に配置さ
れた同心状の断面段差を具える。
【０００６】
【特許文献１】ドイツ国特許第３８１２９１７号
【特許文献２】ドイツ国特許第３６３５８０６号
【特許文献３】ドイツ国特許第４４４４８５３号
【特許文献４】ドイツ国特許第１９７５８２４３号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
の目的は、円筒胴部に軸方向の縦振動を発生するため
に、中心軸方向超音波励振器により強い振動の励振作用
を生じる、大径のコアビットを実現することにある。ま
た、この発明の他の目的は、円筒胴部の軸方向端部にお
ける軸方向振動の振幅を増大させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、独立請求
項の特徴により基本的に解決される。有利な実施態様は
従属請求項に述べる通りである。
【０００９】実質的に、鉱物等からなる地盤の材料を研
削的に除去するためのコアビットは、一方の端部に切削
チップ又は研磨チップを配設した円筒胴部と、円筒胴部
の他方の端部に結合された蓋部とを具え、この蓋部が、
軸心部に少なくとも回転する工具装置により把持される
シャンクを有し、同心曲げ振動の目標励振振動数に関し
て、整数個の振幅振動腹を形成するように寸法を定めら
れている。これにより、円筒胴部が、軸方向縦振動の目
標励振振動数に関して、整数個の振幅振動腹を形成する
ように寸法が定められている。
【００１０】蓋部及び円筒胴部の形態の個々の部品が共
鳴するよう組み合わせるので、コアビットに、軸線方向
の超音波励振器による強い振動の励振作用を生じること
が可能となる。
【００１１】蓋部が、曲げ固有振動の振幅振動節領域に
近い位置に、同心状の断面段差を具えることが好まし
い。
【００１２】蓋部の振幅振動節領域の位置にある断面段
差は、円筒胴部の連結端に現れる振動腹の振幅を顕著に
増加させる、曲げ振動の振幅変換器の役目を果たす。こ
れにより、円筒胴部に非常に振幅の大きい軸方向縦振
動、したがって十分に強い振動が励振される。この振幅
振動節領域の幾何学的位置は、同心的に存在する半径方
向波の振幅振動節の位置付近にあり、これにより半径方
向の段面段差付近で、振幅振動節の位置を僅かにずらす
ことができる。
【００１３】実質的に関連するコアビットについては、
例えば２０ｋＨｚの目標励振周波数に対して、全部で２
個又は３個の振幅振動節となるように寸法が定められた
ものであることが好ましい。断面段差の位置が、以下の
表に示す相対半径範囲の内部に組み込まれた節にある場
合には、断面段差の半径方向内側に対する半径方向外側
の厚さ比が、０．２〜０．４であることがさらに好まし
い。表中、最適値を括弧書きで示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】他の実施態様において、コアビットは、一
方の端部に研磨チップを配設した円筒胴部と、円筒胴部
の他方の端部に結合された蓋部とを具え、この蓋部が、
軸心部に少なくとも回転する工具装置により把持される
シャンクを具えており、円筒胴部内に、軸方向縦固有振
幅振動節の軸線領域にのみ配置され、対称軸に沿って配
向された、伸張形状の材料凹部を具える。
【００１６】縦固有振幅振動節に位置する対称軸に沿っ
た伸張形状の材料凹部により、それらの間に配置された
円筒シェルは、実質的にもはや互いに振動結合すること
がない。これにより、寄生的にエネルギーを消費するラ
ジアルモードの励振が抑制される。縦固有振動腹の領域
内で十分に互いに振動結合した円筒シェルにより、コア
ビットの固有振動数は、細い縦振動子に対応したものと
なり、円筒胴部の固有振動数とは異なる。さらにエネル
ギーを加えると、振幅が顕著に大きな軸線方向縦振動を
招き、したがって、十分に強い振動を励振する。材料凹
部の軸線領域を決めるために必要な、振動するｆにおけ
る縦固有振動数の波長λは、縦位相速度をｃとして、λ
＝ｃ／ｆで求められる。ここで、ｃは、弾性係数をＥ、
密度をρとして、（Ｅ／ρ）の平方根として求められ
る。λ振動子として作られた円筒胴部に対しては、材料
凹部の軸線方向中心が、円筒胴部の相対長さの１／４及
び／又は３／４の位置にあることが好ましい。
【００１７】伸張形状の材料凹部は、軸に平行に配向さ
れることが好ましい。これにより、寄生的なシヤーモー
ドが励振されない。
【００１８】伸張形状の材料凹部が、縦溝として形成さ
れていることが好ましい。これにより、ラジアルモード
が完全に抑制される。
【００１９】コアビットが、断面段差及び伸張形状の材
料凹部を具えることが好ましい。これにより、それぞれ
の効果が重畳して、振幅がさらに大きくなる。
【００２０】円筒胴部の端部に通常直接配設される蓋部
の側方に、蓋フランジが円筒胴部の半径方向に突出する
ことが好ましく、その突出量が曲げ固有振動の波長の１
／４程度であることがさらに好ましい。これにより、円
筒胴部に励振されるラジアルモードの一部をさらに抑制
することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の好適な実施態様をより詳細に説明する。
【００２２】図１は、この発明に従うコアビット１の一
部断面側面図である。コアビット１は大径であり、薄厚
の円筒胴部３の一方の端部に配設した研磨チップ２と、
他方の端部に結合された薄厚の蓋部４とを具える。蓋部
４は、対称軸及び回転軸Ａに、図示しない回転工具装置
に形状結合的に収容されるシャンク５を具える。シャン
ク５には、軸線方向超音波を励振する、一部を概略的に
図示した電気音響アクチュエーター６が、可変変圧器に
より誘導的に圧力を供給する圧電変換器の形態で配置さ
れている。蓋部４は、半径方向位置に、対称軸Ａの位置
で振幅が最大となる、曲げ固有振動８の振幅振動節領域
７と、円筒胴部３の端部に同心状の断面段差９を具え
る。これにより、端部で振幅が増大される。円筒胴部３
には、両方の正面に十分に等間隔で配置され、対称軸Ａ
に軸平行に配向された、縦溝の形態の伸張形状の材料凹
部１１の位置に、軸線領域ｘ内にのみ、延びが最大とな
る、軸線方向の縦固有振幅振動節１０が存在する。この
材料凹部１１は、相対長さの１／４及び／又は３／４に
位置する。蓋部４には、蓋フランジ１２が、曲げ固有振
動８の波長の１／４程度の長さで、円筒胴部３から突出
している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従うコアビットの一部断面側面図
である。
【符号の説明】
１ コアビット ２ 研磨チップ ３ 円筒胴部 ４ 蓋部 ５ シャンク ６ アクチュエーター ７ 振幅振動節領域 ８ 曲げ固有振動 ９ 断面段差 １０ 縦固有振動振幅節 １１ 材料凹部 １２ 蓋フランジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテファン ティヒー オーストリア国 6820 フラシュタンツ ヴィンガト ２ (72)発明者 ヴァルター リットマン ドイツ国 31855 アエルツェン−グルペ ンハーゲン ベージングフェルダー シュ トラーセ 32 (72)発明者 ヨハン ヴァン タック−トラクラーネン ドイツ国 81475 ミュンヘン ヴァンゲ ナー シュトラーセ 17 (72)発明者 ピーター オルバーグ ドイツ国 86916 カウフェリング ドク トル−ゲルブル−シュトラーセ ７ Ｆターム(参考） 3C037 AA05 3C069 AA00 AA04 BA00 BA09 BB04 BC02 CA01 CA07 EA01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鉱物等からなる地盤の材料を研削的に除
    去するためのコアビットであって、一方の端部に切削チ
    ップ又は研磨チップ（２）を配設した円筒胴部（３）
    と、この他方の端部に結合された蓋部（４）とを具え、
    該蓋部（４）が、軸心部に少なくとも回転する工具装置
    により把持されるシャンク（５）を有し、かつ同心曲げ
    振動の目標励振振動数に関して、整数個の振幅振動腹を
    形成するように寸法を定められたコアビットにおいて、
    円筒胴部（３）が、軸方向縦振動の目標励振振動数に関
    して、整数個の振幅振動腹を形成するように寸法を定め
    たものであることを特徴とするコアビット。
  2. 【請求項２】 蓋部（４）の曲げ固有振動（８）の振幅
    振動節領域（７）に近い位置に同心状の断面段差（９）
    を具える、請求項１記載のコアビット。
  3. 【請求項３】 円筒胴部（３）内に、軸方向縦固有振幅
    振動節（１０）の軸線領域（ｘ）にのみ配置され、対称
    軸（Ａ）に沿って配向された、伸張形状の材料凹部（１
    １）を具える、請求項１記載のコアビット。
  4. 【請求項４】 伸張形状の材料凹部（１１）が軸に平行
    に配向される、請求項３記載のコアビット。
  5. 【請求項５】 伸張形状の材料凹部（１１）が縦溝とし
    て形成されている、請求項３又は４記載のコアビット。
  6. 【請求項６】 断面段差（９）と伸張形状の材料凹部
    （１１）の双方を具え、随意に、材料凹部（１１）が円
    筒胴部の相対長さの１／４及び／又は３／４の位置にあ
    る、請求項１〜５のいずれか一項記載のコアビット。
  7. 【請求項７】 蓋部（４）が円筒胴部（３）の半径方向
    に突出した蓋フランジ（１２）を有し、随意に、その突
    出量が曲げ固有振動（８）の波長の１／４程度である、
    請求項１〜６のいずれか一項記載のコアビット。
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