JP2000326291A

JP2000326291A - 処理刃ホルダー

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Publication number: JP2000326291A
Application number: JP11138343A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Sudo; 直彦須藤
Original assignee: SONOTEC CO Ltd
Current assignee: SONOTEC CO Ltd
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-28
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: JP3462118B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波振動によって、除々に弛みが発生した
り、ネジ部材が発熱することのない処理刃ホルダーを提
供することにある。【解決手段】超音波処理に使用される処理刃ホルダー
であって、当該処理刃を保持する本体部の一部に、当該
処理刃を挿入して狭持しうる溝部と、該溝部を介して対
向する一対の壁部と、当該溝部と直交する方向に当該壁
部の一部に挿入され当該処理刃を当該溝部内に固定する
様に構成されたネジ部材とからなる処理刃ホルダーに於
て、当該一対の壁部の内、一方の第１の壁部を貫通する
第１のネジ孔部と当該第１の壁部と対向する第２の壁部
に設けられた当該第１のネジ孔部と同軸的に形成され、
且つその内面に螺旋状ネジが形成されている第２のネジ
孔部とが設けられ、然も当該第１のネジ孔部に於ける当
該第１の壁部表面近傍の部分には、テーパー部が設けら
れているので、弛みや発熱を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、超音波用処理刃装置に
関し、特に、交換可能な処理刃、ヤスリ、砥石等を発熱
が生じることなくしっかり固定保持することのできる処
理刃ホルダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，超音波加工装置を使用して物体を
切断、研磨、研削等の加工することは良く知られてお
り，その場合，該超音波加工装置に接続された振動子を
振動させて、当該振動子に接続された処理刃或いは適宜
の加工具を例えば２５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの高周波で、
３０〜４０μの振幅で振動せしめながら、適宜の物体を
加工している。

【０００３】ところで、係る超音波加工装置の中でも、
超音波カッターは、現在広範囲の産業分野で使用されて
おり、その理由としては、該超音波カッターを上記した
様な条件で高周波振動させる事によって、処理刃、つま
り処理刃と紙、革、合成樹脂、ゴム、木材等の被切断材
料との当接部に於ける切断抵抗が、係る振動の効果によ
って大きく低下するので、当該被切断材料を強く押圧し
なくとも良く切断が出来る他、これまで処理刃では切断
が困難であると考えられていた物でも、容易に切断出来
る様になった。又、厚いもの、薄い物で多層にかさねた
状態で容易にカットできる。また、係る超音波カッター
を用いる事によって、被切断材料と該処理刃との間の切
断抵抗が小さい事から、該被切断材料の切断面が綺麗に
仕上がるので、製品の商品価値が向上する。革、金属木
材、合成樹脂等の表面仕上げ、表面加工にも有効に利用
される。

【０００４】更には、通常の処理刃では、該被切断材料
を切断操作する場合には、例えば数回の切断操作で当該
処理刃が切れなくなり、新しい処理刃と交換する事を余
儀なくされていたので、製造コストが高くなると言う問
題が有ったが、係る超音波カッターを用いる事によっ
て、同じ処理刃でも長期間使用しても切断効果にはさほ
ど影響がなく、超音波カッターを使用する事によって、
切断効果の永続性が向上し従って、当該処理刃の寿命が
延びる事になり、その結果、生産コストも大幅に向上す
ると言う様な点に有った。従来から、係る超音波カッタ
ーを使用する場合に、当該超音波カッターの高周波振動
を効率良く処理刃に伝達する必要から、様々な工夫がな
されて来ている。

【０００５】つまり、係る超音波処理装置本体に処理刃
を取り付けるに際しては、通常処理刃ホルダーを使用
し、当該処理刃ホルダーに処理刃を固定して取付けた
後、当該処理刃ホルダーを超音波処理装置本体に設けら
れている高周波圧電素子に接続されたホーン部に固着さ
せるものである。従って、係る処理刃と該処理刃ホルダ
ーとが緊密一体的に固着される事が必要である。尚、該
超音波処理装置本体内には、通常セラミックを主体とす
る高周波圧電素子とこれに接続された高周波発生手段が
設けられている。

【０００６】図１０は、従来の一実施例を示すもので、
処理刃２の処理刃先２１とは反対側の端部を平坦状２２
とすると共に、該平坦部２２に切り欠部２４を設け、当
該平坦状部２２を、該処理刃ホルダー３の先端部で且つ
該処理刃ホルダー３の中心軸を含んで当該処理刃ホルダ
ー３の直径方向と該処理刃ホルダー３の長手方向とに延
展せしめられている溝部３３に嵌入させ、当該切り欠部
２４にビス３２を嵌合せしめる事により、当該処理刃２
は、当該溝部の内壁面を構成している互いに対向してい
る壁面間で把持されるものである。更に、従来の処理刃
においては、ネジ一本で処理刃を固定しているので、処
理刃に溝方向の力が加わると処理刃に剪断力が加わるの
で、処理刃が傾くと云う欠点が存在した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来の処
理刃ホルダーでは、ビス３２で固定してあっても、高周
波振動によって、除々に弛みが発生すると云う欠点が存
在した。また、この弛みが発熱の原因ともなっていた。
そこで、本発明の目的は、高周波振動によって処理刃が
弛む事のない処理刃ホルダーを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、基本的に以下に記載されたような構成を採用
するものである。すなわち本発明に係る第１の態様は、
超音波処理に使用される処理刃ホルダーであって、当該
処理刃を保持する本体部の一部に、当該処理刃を挿入し
て狭持しうる溝部と、該溝部を介して対向する一対の壁
部と、当該溝部と直交する方向に当該壁部の一部に挿入
され当該処理刃を当該溝部内に固定する様に構成された
ネジ部材とからなる処理刃ホルダーに於て、当該一対の
壁部の内、一方の第１の壁部を貫通する第１のネジ孔部
と当該第１の壁部と対向する第２の壁部に設けられた当
該第１のネジ孔部と同軸的に形成され、且つその内面に
螺旋状ネジが形成されている第２のネジ孔部とが設けら
れ、然も当該第１のネジ孔部に於ける当該第１の壁部表
面近傍の部分には、テーパー部が設けられている事を特
徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の処理刃ホルダーは、上記
した様な従来技術に於ける問題点を解決する為、超音波
処理に使用される処理刃ホルダーであって、当該処理刃
を保持する本体部の一部に、当該処理刃を挿入して狭持
しうる溝部と、該溝部を介して対向する一対の壁部と、
当該溝部と直交する方向に当該壁部の一部に挿入され当
該処理刃を当該溝部内に固定する様に構成されたネジ部
材とからなる処理刃ホルダーに於て、当該一対の壁部の
内、一方の第１の壁部を貫通する第１のネジ孔部と当該
第１の壁部と対向する第２の壁部に設けられた当該第１
のネジ孔部と同軸的に形成され、且つその内面に螺旋状
ネジが形成されている第２のネジ孔部とが設けられ、然
も当該第１のネジ孔部に於ける当該第１の壁部表面近傍
の部分には、テーパー部が設けられているので、処理刃
を確実に固定する事が出来るので、処理刃が弛む虞や傾
く虞がない。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明に係る処理刃ホルダーの一具
体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。即
ち、図１は、本発明の一実施の形態である処理刃ホルダ
ーと超音波処理装置との関係を示す平面図である。ここ
で、処理刃ホルダー１０は、超音波処理に使用される処
理刃ホルダーであって、処理刃１２を保持する本体部の
一部に、当該処理刃１２を挿入して狭持しうる溝部１４
と、該溝部１４を介して対向する一対の壁部２０，２１
と、当該溝部１４と直交する方向に当該壁部の一部に挿
入され当該処理刃１２を当該溝部内に固定する様に構成
されたネジ部材であるネジ部材１５とからなる処理刃ホ
ルダーに於て、当該一対の壁部の内、一方の第１の壁部
２０を貫通する第１のネジ孔部２２と当該第１の壁部２
０と対向する第２の壁部２１に設けられた当該第１のネ
ジ孔部２２と同軸的に形成され、且つその内面に螺旋状
ネジが形成されている第２のネジ孔部２３とが設けら
れ、然も当該第１のネジ孔部２２に於ける当該第１の壁
部表面近傍の部分には、テーパー部２４が設けられてい
る。テーパーの角度は、６０〜１２０度である。

【００１１】超音波処理装置１１は、従来の超音波処理
装置と同様に処理刃ホルダー１０に処理刃１２を固定し
て取り付けた後、当該処理刃ホルダー１０を超音波処理
装置本体に設けられている高周波発生手段６で駆動され
る高周波圧電素子５に接続されたホーン部４に固着させ
て使用するものである。

【００１２】超音波振動の発生には、ジュルコン．チタ
ン酸鉛などのピエゾ効果を利用した圧電振動子５を金属
ブロックで挟んだ構造のランジバン形振動子が使用され
る。高周波圧電素子５は、電極８を介して材質の音速と
長さによって決定される縦共振周波数と同じ周波数の高
周波電圧を供給する事により振動子が長手方向に共振周
波数で伸縮振動する。また、細い側の端面の振幅の方が
太い側の振幅よりも大きくなる金属ホーンの振幅拡大現
象を利用し、高振幅の超音波振動を得ている。

【００１３】また、棒状金属の縦共振条件は、λ／２の
整数倍なので、例えば鋼材の音速を約５０００ｍ／ｓと
すれば１０ｋＨｚの場合でλ＝５０００／１０ｋＨｚ＝
０．５ｍ、４０ｋＨｚの場合でλ＝５０００／４０ｋＨ
ｚ＝０．１２５ｍである。したがって、１０ｋＨｚの場
合でλ／２＝２５０ｍｍ、４０ｋＨｚの場合でλ／２＝
６２．５ｍｍが夫々の周波数で共振する最短寸法にな
る。本実施例では、周波数が１０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの
超音波振動を使用する。処理刃ホルダー１０の寸法は、
λ／２の１０〜２０％の範囲内（取り付け用雌ねじ部分
を除く）で、振動子本体とネジで着脱可能である。そし
て、双方の寸法の和が、λ／２またはλに等しくなるよ
うに作られる。

【００１４】溝部１４は、図３、図５等に示す様に処理
刃ホルダー１０の先端部から縦方向に所定長さＨに亘っ
て形成されている。また、溝部１４の奥端には、略円柱
状の拡大端部１７が形成されており、溝部１４によって
２分割された処理刃ホルダー１０の先端部に形成された
第１の壁部２０、第２の壁部２１の変形を容易にしてい
る。

【００１５】当該第１のネジ孔部２２と第２のネジ孔部
２３に挿入され、当該処理刃１２を当該溝部１４内に固
定する為のネジ部材１５は、当該ネジ部材１５の第１の
端部には、当該第１のネジ孔部２２に設けられた当該テ
ーパー部２４の形状と同一の形状を有するテーパー部を
有する頭部１５ａが設けられている。

【００１６】ネジ部材１５の第１の端部１５ｅと対向す
る第２の端部１５ｆ及びその近傍には、螺旋状のネジ１
５ｃが形成されている。また、ネジ部材１５の当該突起
の最端面には、断面が多角形である突起部１５ｂが設け
られている。

【００１７】また、溝部１４の間隙は、固定保持される
当該処理刃１２の厚みよりも短く設定されている。本実
施例では、０．４ｍｍ〜０．２ｍｍである。更に、処理
刃ホルダーの当該処理刃挿入面に設けられた当該溝部１
４には、当該処理刃１２の厚みと略等しいか若しくはそ
れに近似する間隔を有する拡大溝部１６が、当該溝部１
４の端部を除く部位に設けられている。

【００１８】当該処理刃ホルダーの当該処理刃挿入面に
設けられた当該溝部１４には、当該処理刃１２の厚みと
略等しいか若しくはそれに近似する間隔を有する拡大溝
部１６が、当該溝部１４の端部を除く部位に設けられて
いる。また、拡大溝部１６は、当該対向する一対の壁部
の内壁面の少なくとも一部にまで延在せしめられてい
る。

【００１９】つまり、溝部１４の対向内壁面１３ａ、１
３ｂには、処理刃１２と略等しい厚さ及び高さの拡大溝
部１６が形成されている。当該拡大溝部１６は、対向内
壁面１３ａ，１３ｂの双方に等しい幅だけ、例えば０．
５ｍｍから１．５ｍｍにわたって形成されている。更
に、拡大溝部１６は、ネジ部材１５の螺合される第１の
ネジ孔部２２まで達している。本実施例で使用する処理
刃１２は、基端部にネジ部材１５の一部と係合する半円
状切欠き１２ａが形成されている。

【００２０】また、処理刃ホルダー１０は、螺子部材で
あるネジ部材１５が挿入される第１のネジ孔部２２が溝
部１４に対して垂直に形成されている。第１のネジ孔部
２２の入り口部分はテーパ状に広がっている。更に、第
１のネジ孔部２２の内で入り口から溝部１４に至るまで
は、螺子が刻設されておらず、螺子山と係合しない。し
かし、第２のネジ孔部２３には螺子が形成されている。
したがって、ネジ部材１５を螺合した場合、溝部１４を
狭める方向に作用する力が発生する。

【００２１】ネジ部材１５は、図７に示すように頭部１
５ａが前記第１のネジ孔部２２の入り口部分のテーパ部
２４と等しい傾きのテーパ状に形成されている。したが
って、ネジ部材１５を第１のネジ孔部２２に螺合した
際、両者が密着状態になると共に、接触面積が大きくな
るので、ビスが弛む虞が少ない。

【００２２】ネジ部材１５の突起１５ｂは、図８に示す
ように本実施例では四角柱状に形成されている。この四
角柱状部分をスパナ等で挟んでネジ部材１５をねじ込む
事で、強固に締め付ける事ができる。また、他の実施例
として、ネジ部材１５の突起を六角柱状或いは、他の多
角柱状とする事が出来る。この様に構成した場合にも、
プラスネジやマイナスネジ穴とするよりも強固に締め付
ける事ができる。更に、ネジ部材１５の先端部には、螺
子１５ｃが形成されている。

【００２３】次に以上のように構成された本発明の処理
刃ホルダー１０の作用について説明する。まず、処理刃
ホルダー１０は、基端部に形成された螺子１９で超音波
処理装置本体のホーン部４に固着される。また、処理刃
１２は、処理刃ホルダー１０の溝部１４に形成された拡
大溝部１６に装着される。

【００２４】この時、処理刃１２に形成された半円状切
欠き１２ａがネジ部材１５の一部と当接まで挿入する。
次に、ネジ部材１５の突起１５ｂをスパナ等で締めてゆ
くと、溝部１４の間隔が狭まり処理刃１２が固定され
る。処理刃１２の幅及び高さが略拡大溝部１６の幅及び
高さが等しいので捻れたり、ガタ付く虞がない。

【００２５】更に、ネジ部材１５の頭部１５ａがテーパ
状に形成されると共に、第１のネジ孔部２２の入り口部
分がテーパ状の凹部に形成されているので、両者の密着
が広い面積で行われる事となり、ホーン部４を高周波で
振動させても弛む虞がない。ネジ部材１５が弛む事がな
いので、処理刃１２と処理刃ホルダー１０との結合も弛
む事がない。したがって、超音波処理装置１１の使用に
際して、騒音や発熱が防止できる。つまり、振動の際ズ
レを吸収し、無駄なエネルギーの消費を防ぎ、効率的に
振動エネルギーに変換する事が出来る。

【００２６】図９は、本願発明のネジ部材を使用した場
合と、従来のネジを使用した場合の温度上昇を示す比較
図である。同図（ａ）に示すように、本願発明のテーパ
ーネジを使用した場合、一分間動作させた時温度上昇
は、１２．８〜４．９度であった。これに対して、従来
の六角穴付きボルト（テーパー部なし）を使用して締め
付けた場合に一分間動作させた時温度上昇は、１６．１
〜１３．９度であった。この様に、本願発明の場合、温
度上昇が極めて少ない事が明らかである。

【００２７】本発明では、処理刃を交換可能としている
が、損耗が激しい処理刃を簡単に交換する為である。ま
た、処理刃ホルダーとして交換できるのは、切断する材
料がさまざまなので、刃物も形成、刃厚など種類が多く
なるので振動子の先端部のみを交換できる方が便利だか
らである。更に、処理刃は硬度が高くそれに振動を伝
え、且つ切断のための力にも耐えなければならないの
で、ホルダー側もいたみ易く準消耗品であり、その意味
でも振動子本体とは別々になる必要がある為である。処
理刃ホルダーと締め付け用ネジの嵌合をテーパー形成に
したのは、ネジの取り付け方向が振動の方向と直角であ
り、振幅が１０〜１００ミクロンとはいえ、一秒間に一
万回から四万回の振動が横方向に繰り返しかかるので、
ネジの頭を振動の方向に対しても固定するためである。
また、処理刃が入る部分を袋状にして両側に段差をつけ
るのは大きな切断力がかかった時に処理刃が回転方向に
動かないようする為である。尚、本発明は以上の実施例
に限ることなく本発明の技術思想に基づいて種々の設計
変更が可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、上記した様に超音波処理装置
に使用される処理刃ホルダーであって、処理刃を保持す
る本体の一部に該処理刃を挿入して挟持する一対の対向
内壁面を有した溝部と、当該溝部の溝方向と直角方向に
螺着された螺子部材により該溝部の間隔を調整しうる様
に構成された処理刃ホルダーにおいて、前記溝部の対向
内壁面に処理刃と略等しい拡大溝部を形成したので、取
り付けた処理刃が振動で弛むことがなく騒音の発生が防
止できる。また、摩擦による発熱やロスを未然に防止す
る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施の形態である処理刃ホ
ルダーと超音波処理装置との関係を示す平面図である。

【図２】図２は、本発明の一実施例を示す処理刃ホルダ
ーに処理刃を取り付けた場合を示す要部拡大平面図であ
る。

【図３】図３は、同の処理刃ホルダーの先端部を示す要
部拡大斜視図である。

【図４】図４は、本発明の処理刃ホルダーを超音波処理
装置に取り付けた場合示す処理刃の無い状態を示す平面
図である。

【図５】図５は、本発明の処理刃ホルダーを側面から見
た状態を示す説明図である。

【図６】図６は、本発明の処理刃ホルダーを先端方向か
ら見た説明図である。

【図７】図７は、本発明の処理刃ホルダーに使用するネ
ジ部材の一実施例を示す説明図である。

【図８】図８は、同ネジ部材の突起を示す説明図であ
る。

【図９】図９は、本願発明のネジ部材を使用した場合
と、従来のネジを使用した場合の温度上昇を示す比較図
である。

【図１０】図１０は、従来に於ける超音波処理装置用ナ
イフホルダーの一例の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０処理刃ホルダー１１超音波処理装置１２処理刃１２ａ切欠き１３対向内壁面１４溝部１５ネジ部材１５ａ頭部１５ｂ突起１５ｃ螺子１６拡大溝部１７拡大端部１９螺子２０第１の壁部２１第２の壁部２２第１のネジ孔部２３第２のネジ孔部２４テーパー部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波処理に使用される処理刃ホルダー
であって、当該処理刃を保持する本体部の一部に、当該
処理刃を挿入して狭持しうる溝部と、該溝部を介して対
向する一対の壁部と、当該溝部と直交する方向に当該壁
部の一部に挿入され当該処理刃を当該溝部内に固定する
様に構成されたネジ部材とからなる処理刃ホルダーに於
て、当該一対の壁部の内、一方の第１の壁部を貫通する
第１のネジ孔部と当該第１の壁部と対向する第２の壁部
に設けられた当該第１のネジ孔部と同軸的に形成され、
且つその内面に螺旋状ネジが形成されている第２のネジ
孔部とが設けられ、然も当該第１のネジ孔部に於ける当
該第１の壁部表面近傍の部分には、テーパー部が設けら
れている事を特徴とする処理刃ホルダー。
【請求項２】当該第１のネジ孔部と第２のネジ孔部に
挿入され、当該処理刃を当該溝部内に固定する為のネジ
部材は、当該ネジ部材の第１の端部には、当該第１のネ
ジ孔部に設けられた当該テーパー部の形状と同一の形状
を有するテーパー部を有する頭部が設けられている事を
特徴とする請求項１記載の処理刃ホルダー。
【請求項３】当該ネジ部材の第１の端部と対向する第
２の端部及びその近傍には、螺旋状のネジが形成されて
いる事を特徴とする請求項１又は２に記載の処理刃ホル
ダー。
【請求項４】当該ネジ部材の当該突起の最端面には、
断面が多角形である突起部が設けられている事を特徴と
する請求項１乃至３の何れかに記載の処理刃ホルダー。
【請求項５】超音波処理に使用される処理刃ホルダー
であって、当該処理刃を保持する本体部の一部に、当該
処理刃を挿入して狭持しうる溝部と、該溝部を介して対
向する一対の壁部と、当該溝部と直交する方向に当該壁
部の一部に挿入され当該処理刃を当該溝部内に固定する
様に構成されたネジ部材とからなる処理刃ホルダーに於
て、当該溝部の間隙は、固定保持される当該処理刃の厚
みよりも短く設定されている事を特徴とする処理刃ホル
ダー。
【請求項６】当該処理刃ホルダーの当該処理刃挿入面
に設けられた当該溝部には、当該処理刃の厚みと略等し
いか若しくはそれに近似する間隔を有する拡大溝部が、
当該溝部の端部を除く部位に設けられている事を特徴と
する請求項５記載の処理刃ホルダー。
【請求項７】当該拡大溝部は、当該対向する一対の壁
部の内壁面の少なくとも一部にまで延在せしめられてい
る事を特徴とする請求項５又は６に記載の処理刃ホルダ
ー。
【請求項８】当該ネジ部材の当該処理刃ホルダーの壁
部に対する取付け方向は、当該超音波処理本体の振動方
向と直角の方向である事を特徴とする請求項１乃至７の
何れかに記載の処理刃ホルダー。