JP2001062393A

JP2001062393A - 超音波振動出力機構

Info

Publication number: JP2001062393A
Application number: JP24295899A
Authority: JP
Inventors: Motoki Hirano; 元基平野
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-13

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波振動の減衰を防止し、超音波発振体の
位置ズレを防止する。【解決手段】超音波振動子２と超音波振動を増幅して
その先端部から出力するホーン部３とを一体的に備える
超音波発振体４と、この超音波発振体を支持する支持体
５とを有し、超音波発振体４はその一端部から他端部の
間のいずれかの位置にフランジ３５を備え、支持体５
は、フランジ３５を境とする超音波発振体４のいずれか
一方の端部を挿通させる第一の挿通穴６１を備える枠体
６と、フランジを境とする他方の端部を挿通させる第二
の挿通穴７１を備える支持部材７とを備えると共に、各
挿通穴６１，７１に対して面取り面６２，７２を設ける
という構成を採っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動出力機
構に係り、特に、手持ち式の小型超音波加工装置の適用
に好適な超音波振動出力機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波振動出力機構１００につい
て図７乃至図１４に基づいて説明する。この超音波振動
出力機構１００は、例えば、超音波カッターや手持ち式
の超音波溶着加工装置の駆動部及びその保持部を構成す
るものであって、図７及び図１０に示すように、超音波
振動を発振する超音波振動子１０１とこの超音波振動子
１０１から出力された超音波振動を増幅してその先端部
から出力するホーン部１０２とを一体的に備える超音波
発振体１０３と、この超音波発振体１０３を支持する支
持体１０４とから主に構成される。

【０００３】ホーン部１０２の一端部は、超音波振動子
１０１に接しており、当該超音波振動子１０１から出力
された超音波振動が伝達され、その振幅を増幅して他端
部から出力する。このホーン部１０２の他端部（先端
部）側には、工具が装備され、超音波振動により所定の
目的を達成する。

【０００４】例えば、超音波振動出力機構１００が超音
波カッターに適用された場合には、ホーン部１０２の先
端部にはカッターが装備され、超音波振動状態にあるカ
ッターにより被加工物を切断する。また、超音波振動出
力機構１００が超音波溶着加工装置に適用された場合に
は、ホーン部１０２の先端部には硬質のチップが装備さ
れ、超音波振動状態にあるチップを被加工物に押圧して
増幅された超音波振動を付勢し、これにより生じる熱エ
ネルギーで被加工物を溶着する。

【０００５】この超音波発振体１０３は、後述する支持
体１０４に支持されるため、当該支持体１０４が超音波
発振体１０３を保持できるようにフランジ１０５が設け
られている。このフランジ１０５の配置を図８に基づい
て説明する。この図８は、超音波発振体１０３の長手方
向に沿った各位置における振幅モードを示している。振
幅モードは、超音波振動子１０１の発振部を振動の節
（node，以下ｎとする）として長手方向両側に腹（anti
node，以下ａとする）と節ｎと繰り返している。ホーン
部１０２の先端部は、ちょうど振幅の腹ａとなるように
超音波発振体１０３全体が設計されている。また、上述
のフランジ１０５は、ちょうど振幅の節ｎとなるように
設計されている。これにより、支持体１０４側への超音
波振動の伝達を最小限に抑え、ホーン部１０２の先端部
の出力の減衰を抑制している。

【０００６】なお、フランジ１０５の配置は、振幅の節
ｎとなる位置であれば他の配置でも良く、例えば、図９
に示すように、ホーン部１０２ではなく超音波振動子１
０１側にフランジ１０５を設けても良い。

【０００７】一方、支持体１０４は、超音波発振体１０
３を保持する枠体１０６と超音波発振体１０３を枠体１
０６に固定する支持部材１０７から主に構成されてい
る。枠体１０６は平板状を呈しており、さらにフランジ
１０５を境とする超音波発振体１０３の一方の端部を挿
通させる貫通穴１０８が形成されている。また、支持部
材１０７も平板状を呈しており、フランジ１０５を境と
する超音波発振体１０３の他方の端部を挿通させる貫通
穴１０９が形成されている。しかも、各貫通穴１０８，
１０９はいずれも、その内径がフランジ１０５の外径よ
りも小さく、フランジ１０５を除く超音波発振体１０３
の外径よりも大きく設定されている。

【０００８】従って、各貫通穴１０８，１０９に超音波
発振体１０３の各端部を挿通させて、支持部材１０７を
枠体１０６に止めネジ１１０により固定することによ
り、フランジ１０５が狭持され、超音波発振体１０３が
支持体１０４に固定される。超音波発振体１０３は、こ
のフランジ１０５のみで支持体１０４に支持され、その
両端部は自由端となっている。これにより、超音波振動
子１０１から超音波振動が発振されると、その超音波振
動はフランジ１０５からのみ支持体１０４に伝達し、か
かる伝達分のみの減衰を生じてホーン部１０２の先端部
は振動する。

【０００９】また、図１１に示す他の支持体１１４によ
って上述の超音波発振体１０３を支持する場合もある。
この支持体１１４は、超音波発振体１０３を保持する枠
体１１６と超音波発振体１０３を枠体１１６に固定する
支持部材１１７から主に構成されている。枠体１１６は
有底の筒状を呈しており、その底面にはフランジ１０５
を境とする超音波発振体１０３の一方の端部を挿通させ
る貫通穴１１８が形成されている。また、支持部材１１
７はリング状を呈しており、その中央孔１１９は、フラ
ンジ１０５を境とする超音波発振体１０３の他方の端部
を挿通させる。また、枠体１１６の内周面には雌ねじ
が、支持部材１１７の外周面には雄ねじが形成されてお
り、支持部材１１７は枠体１１６に螺合する。しかも、
貫通穴１１８と中央孔１１９はいずれも、その内径がフ
ランジ１０５の外径よりも小さく、フランジ１０５を除
く超音波発振体１０３の外径よりも大きく設定されてい
る。

【００１０】従って、貫通穴１１８と中央孔１１９とに
超音波発振体１０３の各端部を挿通させた状態で支持部
材１１７を枠体１１６に螺合させ（図１１（Ａ））、支
持部材１１７を枠体１１６に対して締め付けることによ
り、フランジ１０５が狭持され、超音波発振体１０３が
支持体１１４に固定される。

【００１１】超音波発振体１０３は、前述の支持体１０
４と同様にして、フランジ１０５のみで支持体１１４に
支持され、これにより、支持体１１４への伝達分のみの
減衰を生じてホーン部１０２の先端部は振動する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した各支持体１０
４，１１４は、いずれもフランジ１０５を枠体１０６，
１１６と支持部材１０７，１１７とで狭持することによ
り超音波発振体１０３を支持するという構成を採ってい
る。だが実際には、フランジ１０５を振幅の節となる位
置に設けたとしても、フランジ１０５の位置で全く振動
が生じないということはなく、またさらに、超音波発振
体１０３の長手方向ではなくフランジ１０５の半径方向
に沿って伸縮する振動も生じている。

【００１３】これらの振動に対して、ホーン部１０２の
先端部における振動の減衰を防ぐためには、フランジ
１０５の厚さを薄くする、フランジ１０５の外径を大
きくする、枠体１０６，１１６と支持部材１０７，１
１７とにできる限りフランジ１０５の周縁部近傍のみを
狭持させて、枠体１０６，１１６とフランジ１０５及び
枠体１０７，１１７とフランジ１０５との接触部分（以
下「挟みしろＷ」とする。図１２参照）の面積を小さく
する、等の対策を採ることが望ましい。

【００１４】しかしながら、フランジ１０５の厚さを薄
くするのは、強度や耐久性の問題により限度がある。ま
た、上述のフランジ１０５の大型化を図れば、そのまま
超音波振動出力機構１００の大型化となるため、より小
型化の要求が望まれている超音波カッターや手持ち式の
超音波溶着加工装置等に組み込むとができなくなる。

【００１５】さらに、挟みしろＷの総面積を小さくする
と、フランジ１０５と枠体１０６，１１６及び支持部材
１０７，１１７との接触面積が小さくなるため、支持体
１０４，１１４側の超音波振動の伝達率が低減され、ホ
ーン部１０２先端の振動の減衰の抑制には有効だが、同
時に、支持体１０４，１１４に対する超音波発振体１０
３の定位置での保持が不十分となるという不都合が生じ
ていた。即ち、フランジ１０５には前述したように、超
音波発振体１０３の長手方向のみならずフランジ半径方
向にも振動が生じる。これに対して挟みしろＷが小さく
なると、フランジ１０５と枠体１０６，１１６及び支持
部材１０７，１１７との摩擦力が低減することとなり、
上記振動時に超音波発振体を定位置に保持することが困
難となる。従って、超音波振動子１０１の駆動が継続す
ると、図１３に示すように、超音波発振体１０３が貫通
穴１０９の中央から位置ズレを生じる可能性が高くな
る。

【００１６】この超音波発振体１０３が支持体１０４に
対して位置ズレを生じた場合の影響を図１４に示す。図
１４（Ａ）は超音波発振体１０３が支持体１０４に対し
て定位置にある場合の超音波振動の伝搬状態を示し、図
１４（Ｂ）は超音波発振体１０３が支持体１０４に対し
て位置ズレを生じた場合の超音波振動の伝搬状態を示し
ている。各図において、超音波振動は左から右に向かっ
て伝達しており、図示は省略しているが右端部にホーン
部１０２の先端部が位置している。図１４（Ａ）によれ
ば、超音波発振体１０３が定位置にあると超音波振動は
直進してホーン部１０２の先端部に至る。一方、図１４
（Ｂ）では、超音波発振体１０３が支持体１０４に対し
て図１４における上方に位置ズレを生じており、かかる
場合、フランジ１０５通過後に超音波振動の伝達方向が
上方に偏ってしまう。従って、ホーン部１０２の先端部
には充分に超音波振動が伝達されず、超音波振動出力機
構１００は予定した出力が得られないという不都合を生
じる可能性があった。

【００１７】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、ホーン部の先端部からの出力の減衰を抑止
し、且つ小型化を図りうる超音波振動出力機構を提供す
ることを、その目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、超音波振動を発振する超音波振動子とこの超音波振
動子から出力された超音波振動を増幅してその先端部か
ら出力するホーン部とを一体的に備える超音波発振体
と、この超音波発振体を支持する支持体と、を有し、超
音波発振体は、その一端部から他端部に向かう方向に沿
ってホーン部と超音波振動子と順次配置されると共に、
一端部から他端部の間のいずれかの位置にフランジを備
えている。

【００１９】さらに、支持体は、フランジを境とする超
音波発振体のいずれか一方の端部を挿通させる第一の挿
通穴を備える枠体と、フランジを境とする超音波発振部
の他方の端部を挿通させる第二の挿通穴を備える支持部
材とを備えると共に、各挿通穴の少なくとも一方の挿通
穴に面取り面が設けられている。

【００２０】そして、支持体は、フランジの周縁部が挿
通穴の面取り面に当接した状態で，枠体と支持部材とで
フランジを狭持することにより超音波発振体を保持する
という構成を採っている。

【００２１】上述の構成では、まず、超音波振動子が駆
動して超音波振動が発せられる。超音波振動が超音波振
動子からホーン部の先端部まで伝達される際に、フラン
ジを通過する。これにより、フランジを介して支持体側
にも超音波振動が伝達される。しかしながら、フランジ
は、枠体と支持部材の間に狭持されつつも、枠体又は支
持部材が有する挿通穴に形成された面取り面でフランジ
の周縁部に接している。従って、フランジは、少なくと
も枠体と支持部材のいずれか一方に対しては線接触又は
点接触状態で接していることとなる。このため、フラン
ジの両面が枠体と支持部材の双方にそれぞれ面接触して
いる場合と比較して、接触面積の低減が図られ、支持体
への超音波振動の伝達は抑制される。

【００２２】また、フランジが枠体と支持部材の双方に
より狭持された状態にあっては、当該フランジの周縁部
が面取り面から垂直抗力を受ける。このため、フランジ
はその周縁部の周囲から上記垂直抗力を受け、フランジ
が超音波振動状態となっても、その位置ズレは生じな
い。

【００２３】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明の構成に加えて、第一の挿通穴と第二の挿通穴の双
方に面取り面が設けられているという構成を採ってい
る。即ち、フランジは、双方の面取り面から垂直抗力を
受け、フランジが超音波振動状態となっても、より有効
に原位置が維持される。

【００２４】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明の構成に加えて、面取り面とフランジとの間
に、弾性体を介挿するという構成を採っている。かかる
構成では、上述と同様の動作に加えて、フランジの周縁
部が弾性体を介して面取り面と接することになる。この
場合、弾性体は自らの弾性により変形するため、フラン
ジの周縁部は弾性体に食い込んだ状態となり、フランジ
は有効に原位置保持される。

【００２５】本発明は、上述した各構成によって前述し
た目的を達成しようとするものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
４に基づいて説明する。図１は、本願発明たる超音波振
動出力機構１０を適用した手持ち式の超音波溶着加工装
置１の断面図を示している。

【００２７】この超音波振動出力機構１０は、超音波振
動を発振する超音波振動子２とこの超音波振動子２から
出力された超音波振動を増幅してその先端部から出力す
るホーン部３とを一体的に備える超音波発振体４と、こ
の超音波発振体４を支持する支持体５とを備えている。
さらに、支持体５は枠体としての第一のフレーム６と支
持部材７とから構成される。

【００２８】また、超音波溶着加工装置１は、上述の超
音波振動出力機構１０を含む構成であって、さらに、第
一のフレーム６に対して回動自在に連結された第二のフ
レーム８と、この第二のフレーム８の回動端部であって
ホーン部３の先端の加工面３１に対向する位置に装備さ
れた加圧面９１有するチップ９とを備えている。

【００２９】以下、各部を詳説する。まず、超音波発振
体４の一端部側を占める超音波振動子２は、ホーン部３
の上端部（加工面３１と反対側の端部）に接して配設さ
れているセラミックリング２１と、その上方に順番に配
設された電極板２２，セラミックリング２３，電極板２
４及びテールマス２５と、これらをホーン部３と共に一
体的に締め付け固定する図示を省略した埋め込みボルト
とから構成されている。これら超音波振動子２を構成す
る各部材は、一様にほぼ等しい外径に設定されており、
一体的に固定されると外径が一様な円柱状となる。

【００３０】この超音波振動子２の二つの電極板２２，
２４には、それぞれその半径方向に沿って突出した接続
端子を有しており、これらにリード線Ｌ１，Ｌ２が接続
され、さらに各リード線Ｌ１，Ｌ２を介して超音波溶着
加工装置１０の外部にある超音波発振器Ｔ（図４参照）
に接続されている。この超音波発振器Ｔから、所定の発
振周波数の電圧が印加されると、超音波振動子２から超
音波振動が発生する。そして、この超音波振動がホーン
部３の上端部に伝達され、増幅されてその加工面３１が
その平面の垂直方向に振動する。

【００３１】超音波発振体４の他端部側を占めるホーン
部３は、図１における下端部に平面状に形成された加工
面３１を備え、直径が比較的小さい円柱部３２と直径が
比較的大きい円柱部３４とが略円錐形状を成す中間部３
３を介して連結され、大きい円柱部３４の上端部近傍に
は鍔状のフランジ３５が設けられ、これらが一体的に形
成されている。なお、大きい円柱部３４の直径は、上述
の超音波振動子２の外径と等しい大きさに設定されてい
る。

【００３２】超音波振動子２及びホーン部３は、前述し
たように一体型であり、その長手方向に沿って超音波振
動が伝達する。また、ホーン部３は、先細りになったそ
の形状により超音波振動が加工面３１に向かって伝達さ
れるに従ってその振幅が増大する。

【００３３】また、超音波振動子２から発振された超音
波振動の振幅モードにおけるちょうど振幅の節となる位
置に位置設定が成されている。ホーン部３の加工面３１
は、ちょうど振幅の腹ａとなる位置に位置設定が成され
ている。なお、フランジ３５の配置は、振幅の節となる
位置であれば他の配置でも良く、例えば、ホーン部３で
はなく超音波振動子２側にフランジ３５を設けても良い
（図９参照）。

【００３４】また、かかるホーン部３は、その中心軸方
向に対して垂直に加工面３１が形成されており、溶着を
行う際には、超音波振動子２により中心軸方向に超音波
振動が伝達され、加工面３１をその垂直方向に振動させ
る。即ち、加工面３１全体が連続的な押圧を繰り返すこ
とにより被加工物に超音波振動を伝達することとなり、
これによりこの被加工物は、溶解されて溶着が行われる
ようになっている。

【００３５】次に、支持体５及び第二のフレーム８につ
いて図２及び図３に基づいて説明する。図２は超音波発
振体４と支持体５及び第二のフレーム８の分解斜視図で
あり、図３は図２におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図であ
って、図３（Ａ）は分解断面図、図３（Ｂ）は組立断面
図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）におけるＤ部分の拡大説明
図である。

【００３６】支持体５は前述のように第一のフレーム６
と支持部材７とから構成され、さらに第一のフレーム６
の一端部に第二のフレーム８の一端部が回動自在に連結
されている。これら第一のフレーム６及び第二のフレー
ム８は、いずれも、側壁を有する断面が略コ字状に折曲
げ加工された長手の金属平板から形成されており、互い
にコ字状の開口側を向かい合わせた状態でそれぞれの長
手方向における一方の端部で連結ピン１１を回動支点と
して回動自在に連結されている。

【００３７】第一のフレーム６は、図２に示すように、
回動端部の近傍に，その平板面を上下方向に貫通する第
一の挿通穴６１が設けられている。この第一の挿通穴６
１は、前述した超音波発振体４のフランジ３５を境とす
るホーン部３側の端部が挿通される。この第一の挿通穴
６１は、図３（Ａ）に示すように、支持部材７と対向す
る面側に面取り加工が施され、これにより面取り面６２
が形成されている。

【００３８】図３（Ｃ）に示すように、この第一の挿通
穴６１の内側半径ｒ_１と面取り面６２の最大半径ｒ
_２と、フランジ３５の半径ｒと、ホーン部３の大きい円
柱部３４の半径ｒ_０とは、ｒ_０＜ｒ_１＜ｒ＜ｒ_２に設定
されている。従って、この第一の挿通穴６１に超音波発
振体４を下端部側から挿入すると、フランジ３５の下面
の周縁部が一様に面取り面６２に当接する。

【００３９】一方、支持部材７は、図２に示すように、
略正方形状の金属平板であり、その平板面を上下方向に
貫通する第二の挿通穴７１が設けられている。この第二
の挿通穴７１は、前述した超音波発振体４のフランジ３
５を境とする超音波振動子２側の端部が挿通される。こ
の第二の挿通穴７１は、図３（Ａ）に示すように、第一
のフレーム６と対向する面側に面取り加工が施され、こ
れにより面取り面７２が形成されている。

【００４０】図３（Ｃ）に示すように、この第二の挿通
穴７１の内側半径ｒ_３と面取り面７２の最大半径ｒ
_４と、フランジ３５の半径ｒと、超音波振動子２の半径
ｒ_５とは、ｒ_５＜ｒ_３＜ｒ＜ｒ_４に設定されている。従
って、この第二の挿通穴７１に超音波発振体４を上端部
側から挿入すると、フランジ３５の上面の周縁部が一様
に面取り面７２に当接する。

【００４１】第一のフレーム６と支持部材７とは、上述
の如くフランジ３５を狭持した状態で四本の止めネジ５
１により連結される（図３（Ｂ））。このとき、第一の
フレーム６と支持部材７との間には、正方形で中央にフ
ランジ３５よりも大径の挿通穴を有するゴム製の介挿部
材５２が介挿される。この介挿部材５２は、第一のフレ
ーム６と支持部材７の相互の平板面が平行状態を維持す
るためのものである。

【００４２】さらに、第一のフレーム６には、図１に示
すように、その長手方向における中間よりも幾分連結ピ
ン１１側寄りの位置に、第二のフレーム８側に向かって
立設されたスイッチ用ブラケットを介してリミットスイ
ッチ６３が装備されている。このリミットスイッチ６３
は、回動によりオン状態となるスイッチ接点６４を有し
ており、第二のフレーム８が第一のフレーム６側に回動
した場合に、当該第二のフレーム８に第一のフレーム６
側に向かって立設されたスイッチ印加手段としてのドッ
ク８１の先端部形斜面がこのスイッチ接点６４に当接し
て回動させるようになっている。かかる動作によりリミ
ットスイッチ６３がオン状態になると、このリミットス
イッチ４５にリード線Ｌ３，Ｌ４を介して接続された超
音波発振器Ｔが駆動し、さらにリード線Ｌ１，Ｌ２を介
して超音波振動子２が超音波振動を開始する。

【００４３】上記の各リード線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４
は、図４に示すように、超音波溶着加工装置１０の外部
においてはコード線Ｃによりこれら全てを一度に内包さ
れた状態で超音波発振器Ｔまでの間を配線されている。
そして、また、各リード線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、
コード線Ｃの超音波発振器Ｔ側の端部に設けられたコネ
クタＫにより超音波発振器Ｔに接続される。

【００４４】ところで、上記第一のフレーム６に，その
一方の端部で連結ピン１１により回動自在に接続される
第二のフレーム８には、その回動端部に加圧面９１を第
一のフレーム６側に向けた状態でチップ９が装備されて
いる。このチップ９は、その加圧面９１が，第二のフレ
ーム８の第一のフレーム６側への回動によりホーン部３
の加工面３１に当接する位置に配置されており、また、
この加圧面９１は、加工面３１との最近接時或いは接触
時において、当該加工面３１とほぼ平行となるように形
成されている。

【００４５】また、連結ピン１１には第一のフレーム６
と第二のフレーム８とが互いに離間する方向（加工面３
１と加圧面９１とが離間する方向）に回動を付勢する復
帰バネであるねじりコイルバネ１２が装備されている。
このねじりコイルバネ１２は、コイルバネを形成するワ
イヤの両端部を延設し、そのコイルバネの中心軸方向か
らみて延設された両端部がＶ字状を成すものであり、か
かるワイヤの両端部がそれぞれ第一のフレーム６及び第
二のフレーム８に当接して復帰力を付勢する。

【００４６】さらに、超音波溶着加工装置１は、図１の
如く、第一のフレーム６を上方から覆い且つ当該第一の
フレーム６に止めネジで固定されたアッパーカバー１３
と、第二のフレーム８を下方から覆い且つ当該第二のフ
レーム８に止めネジで固定されたロアーカバー１４とを
備えている。

【００４７】上記構成からなる超音波振動出力機構の動
作を図１乃至図４に基づいて説明する。

【００４８】超音波溶着加工装置１は、図４に示すよう
にコード線ＣのコネクタＫを介して超音波発振器Ｔに接
続される。そして、被加工物に対し、当該被加工物がホ
ーン部３の先端の加工面３１とチップ９の加圧面９１と
の間となる位置で超音波溶着加工装置１を手に持ち、第
二のフレーム８を第一のフレーム６側に引き寄せる。加
工面３１と加圧面９１の接近に伴って、ドック８１によ
りリミットスイッチ６３のスイッチ接点６４が回動され
てオン状態となる。これにより、超音波振動子２に超音
波発振器Ｔからの発信周波数の電圧が印可され、当該超
音波振動子２から超音波振動が発生する。そして、かか
る超音波振動が、ホーン部３により増幅されつつ，ホー
ン部３の中心軸方向に伝達され，加工面３１をその垂直
方向に振動させる。

【００４９】さらに、第二のフレーム８を第一のフレー
ム６側に引き寄せることにより、被加工物は加工面３１
と加圧面９１とに挟まれ、加工面３１から被加工物に超
音波振動が伝達される。これにより、この被加工物では
溶解を生じ、且つ加工面３１と加圧面９１との圧接によ
り溶着が行われる。

【００５０】上述の溶着作業時において、超音波振動出
力機構１０では、超音波振動子２が駆動して超音波振動
が発せられる。超音波振動が超音波振動子２からホーン
部３の加工面３１まで伝達される際に、フランジ３５を
通過する。これにより、フランジ３５を介して第一のフ
レーム６側にも超音波振動が伝達される。しかしなが
ら、フランジ３５は、第一のフレーム６と支持部材７の
間に狭持されつつも、第一のフレーム６及び支持部材７
が有する挿通穴６１，７１に形成された各面取り面６
２，７２でフランジ３５の周縁部に接している。従っ
て、フランジ３５は、第一のフレーム６と支持部材７の
双方に対して線接触状態で接していることとなる。この
ため、従来のようにフランジの両面が枠体と支持部材の
双方にそれぞれ面接触している場合と比較して、接触面
積の低減が図られ、支持体５への超音波振動の伝達は抑
制される。従って、超音波振動子２からホーン部３の加
工面に超音波振動が効率良く伝達し、高い出力状態を確
保することが可能となる。

【００５１】また、同時に、このようにして超音波振動
の減衰を有効に回避できるため、フランジ３５の半径を
大きく設定する必要がなく、さらに、従来必要だった挟
みしろＷ（図１２参照）を設ける必要がないため、当該
フランジ３５を充分小さくすることが可能となる。従っ
て、超音波振動出力機構１０の小型化が図られ、同時に
超音波溶着加工装置１の小型化が図られる。従って、超
音波溶着加工装置１の可搬性の向上も実現する。

【００５２】さらに、フランジ３５が第一のフレーム６
と支持部材７の双方により狭持された状態にあっては、
当該フランジ３５の周縁部が各面取り面６２，７２から
垂直抗力を受ける。このため、フランジ３５はその周縁
部の全体からその中心方向に押し返される荷重を受け、
これが原位置の保持力となるため、当該フランジ３５が
超音波振動状態となっても、その位置ズレの発生を有効
に抑制することが可能となる。

【００５３】なお、面取り面６２の第一のフレーム６の
平板面（図３における水平面）に対する傾斜角度θ（図
３（Ｃ）参照）は、一般に面取り加工で採られる角度に
限定されるものではなく、当該平板面に対して傾斜した
角度であれば良い。従って、その角度は１０〜８０[°]
の間位であれば良く、最も望ましくは４５[°]程が良
い。面取り面７２についても同様である。

【００５４】また、図５に示すように、第一のフレーム
６の面取り面６２と支持部材７の面取り面７２とには、
それぞれゴムなどの弾性体からなる当接部材６５，７５
を装備しても良い。これにより、各面取り面６２，７２
は当接部材６５，７５を介してフランジ３５に当接する
こととなる。各当接部材６５，７５は弾性体であるた
め、フランジ３５から第一のフレーム６又は支持部材７
への超音波振動が減衰して伝達する。従って、超音波振
動子２からホーン部３の加工面３１へ超音波振動が伝達
する際の減衰をより低減することができ、これにより、
超音波振動子２からホーン部３の加工面３１に超音波振
動がさらに効率良く伝達し、より高い出力状態を確保す
ることが可能となる。

【００５５】また、各当接部材６５，７５は弾性体であ
るため、フランジ３５の接触時において弾性変形を生
じ、当該フランジ３５の周縁部が若干食い込んだ状態で
且つ高い摩擦力を生じて当接することとなる。このた
め、フランジ３５は超音波振動状態にあっても強固に原
位置に保持され、位置ズレの発生がより効果的に防止さ
れる。

【００５６】上述した実施形態では超音波振動出力機構
１０を超音波溶着加工装置１に適用した例を示したが、
特に超音波溶着加工装置１に限るものではなく、超音波
発振体をフランジにて保持しホーン部にて増幅された超
音波振動を利用する装置であれば他のいかなる目的を達
成するための装置に適用しても良い。但し、超音波振動
出力機構の小型化を図るという効果を生ずるので、手に
持って使用する装置に上記超音波振動出力機構を適用す
ることがより望ましい。

【００５７】図６は、超音波振動出力機構１０Ａを手持
ち式の超音波カッタ１Ａに適用した例を示している。か
かる超音波カッタ１Ａの構成において前述した超音波溶
着加工装置１と同一の構成については同符号を付して重
複する説明は省略するものとする。

【００５８】超音波カッタ１Ａは、超音波振動出力機構
１０Ａと第二のフレームとしての本体カバー８Ａと超音
波振動状態で対象物を切断するカッタ９Ａとを備えてい
る。この超音波カッタ１Ａに組み込まれた超音波振動出
力機構１０Ａは、若干全体が長めであるが超音波振動出
力機構１０の超音波発振体４とほぼ同一の超音波発振体
４を備え、さらに、当該超音波発振体４を支持する支持
体５Ａとを備えている。

【００５９】支持体５Ａは、超音波発振体４のフランジ
３５を狭持する第一のフレーム６Ａと支持部材７Ａとか
ら構成されている。第一のフレーム６Ａは、その内部を
貫通する第一の挿通穴６１Ａを有する筒状体であり、こ
の第一の挿通穴６１Ａにはホーン部３のフランジを境と
する先端部側（加工面３１側）が遊挿されている。この
第一の挿通穴６１Ａは、内径が小さな小径部６３Ａと内
径が大きな大径部６４Ａとから構成されている。この小
径部６３Ａはフランジ３５の外径よりも幾分小さめの径
に設定されており、大径部６４はフランジ３５の外径よ
りも大きな径に設定されている。そして、この小径部６
３Ａと大径部６４Ａとの境界面に面取り面６２Ａが形成
されている。フランジ３５を第一のフレーム６Ａと支持
部材７Ａとで狭持する際には、フランジ３５の図６にお
ける右面の周縁部がこの面取り面６２Ａと線接触する。

【００６０】また、第一のフレーム６Ａの大径部６４Ａ
の内周面には雌ねじが形成されている。そして、リング
状を呈し、その外周面に雄ねじが形成された支持部材７
Ａが、大径部６４Ａの雌ねじに螺合するようになってい
る。この支持部材７Ａは、その中央部を貫通する第二の
挿通穴７１Ａが形成されており、この第二の挿通穴７１
Ａには、フランジ３５を境とする超音波発振体４の超音
波振動子２側の端部が遊挿される。この第二の挿通穴７
１Ａの内径は、超音波振動子２の外径よりも大きくフラ
ンジ３５の外径よりも幾分小さく設定されている。

【００６１】そして、支持部材７Ａの第二の挿通穴７１
Ａには、図６における右側の端面に面取り面７２Ａが形
成されている。フランジ３５を第一のフレーム６Ａと支
持部材７Ａとで狭持する際には、フランジ３５の図６に
おける左面の周縁部がこの面取り面７２Ａと線接触す
る。

【００６２】そして、フランジ３５を間に配して、この
支持部材７Ａを第一のフレーム６Ａのねじ込むことによ
り、当該フランジ３５が各面取り面に当接した状態で狭
持される。これにより、超音波発振体４は支持体５Ａに
支持される。

【００６３】本体カバー８Ａは、第一のフレーム６Ａの
左端部に止めネジにより連結される有底の筒状体であ
り、その内部に超音波発振体４の超音波振動子２側の端
部をほぼ収容する。また、カッタ９Ａは、ホーン部３の
加工面３１上に固定装備され、超音波発振体４の駆動に
より超音波振動状態で振動し、かかる振動状態で対象物
の切断を行う。

【００６４】このような超音波カッタ１Ａにおいても、
超音波発振体４のフランジ３５が両側から面取り面６２
Ａ、７２Ａ二と右折した状態で狭持されるので、前述し
た超音波溶着加工装置１と同様の効果を享受することが
可能である。

【００６５】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、枠体と支持部
材の挿通穴の少なくとも一方に面取り面を形成したた
め、フランジは、枠体と支持部材の間に狭持された状態
にあっても、この面取り面に対して線接触状態或いは点
接触状態で接していることとなる。このため、従来のよ
うにフランジの両面が枠体と支持部材の双方にそれぞれ
面接触している場合と比較して、接触面積の低減が図ら
れ、支持体への超音波振動の伝達は抑制される。従っ
て、超音波振動子からホーン部の先端部に超音波振動が
効率良く伝達し、高い出力状態を確保することが可能と
なる。

【００６６】また、同時に、このようにして超音波振動
の減衰を有効に回避できるため、フランジの半径を大き
く設定する必要がなく、さらに、従来必要だった挟みし
ろを設ける必要がないため、当該フランジを充分小さく
することが可能となる。従って、超音波振動出力機構の
小型化が図られ、同時に当該超音波振動出力機構を装備
する超音波溶着加工装置や超音波カッター等の加工装置
の小型化が図られる。同時に、これらの加工装置の可搬
性の向上も実現する。

【００６７】さらに、フランジが枠体と支持部材の双方
により狭持された状態にあっては、当該フランジの周縁
部が面取り面から垂直抗力を受ける。このため、フラン
ジはその周縁部の全体或いは複数の接触箇所からその中
心方向に押し返される荷重を受け、これが原位置の保持
力となるため、当該フランジが超音波振動状態となって
も、その位置ズレの発生を有効に抑制することが可能と
なる。

【００６８】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の効果を備えると共に、第一の挿通穴と第二
の挿通穴の双方に面取り面を設けたため、フランジは枠
体と支持部材の双方に対して接触面積が低減され、これ
がため、枠体と支持部材のいずれにも超音波振動の伝達
を抑制することが可能となる。従って、超音波振動子か
らホーン部の先端部に超音波振動がより効率良く伝達
し、さらに高い出力状態を確保することが可能となる。

【００６９】また、フランジは枠体と支持部材の双方の
面取り面から垂直抗力を受け、より有効に原位置に保持
されるため、より効果的にホーン部の位置ズレを防止す
ることが可能となる。

【００７０】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明と同様の効果を備えると共に、フランジと面
取り面との間に弾性体を介挿したため、フランジから枠
体又は支持部材への超音波振動が減衰して伝達する。従
って、超音波振動子からホーン部の先端部へ超音波振動
が伝達する際の減衰をより低減することができ、これに
より、超音波振動子からホーン部の先端部に超音波振動
がさらに効率良く伝達し、より高い出力状態を確保する
ことが可能となる。

【００７１】また、当接部材は弾性体であるため、フラ
ンジの接触時において弾性変形を生じ、当該フランジの
周縁部が若干食い込んだ状態で且つ高い摩擦力を生じて
当接することとなる。このため、フランジは超音波振動
状態にあっても強固に原位置に保持され、位置ズレの発
生がより効果的に防止される。

【００７２】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これによると、従来にない優れた超音波振動出力機
構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明たる超音波振動出力機構を適
用した手持ち式の超音波溶着加工装置の断面図を示して
いる。

【図２】図２は超音波発振体と支持体及び第二のフレー
ムの分解斜視図を示す。

【図３】図３は図２におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図で
あって、図３（Ａ）は分解断面図、図３（Ｂ）は組立断
面図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）におけるＤ部分の拡大説
明図である。

【図４】本実施形態たる超音波溶着加工装置と超音波発
振器を示す構成図である。

【図５】各面取り面に介挿部材を装備した例を示す説明
図である。

【図６】超音波振動出力機構を超音波カッタに適用した
例を示す当該超音波カッタの断面図である。

【図７】従来の超音波発振体を示す一部省略した斜視図
である。

【図８】図８は、超音波発振体の長手方向に沿った各位
置における振幅モードを示す説明図である。

【図９】図９は、フランジ位置を変えた場合における超
音波発振体の長手方向に沿った各位置における振幅モー
ドを示す説明図である。

【図１０】図１０（Ａ）は従来の超音波振動出力機構の
組立前の分解斜視図を示し、図１０（Ｂ）は従来の超音
波振動出力機構の組立後の分解斜視図を示す。

【図１１】図１１（Ａ）は従来の他の支持体の例を示す
一部切り欠いた斜視図であり、図１１（Ｂ）は従来の他
の支持体の例を示す一部切り欠いた正面図である。

【図１２】従来のフランジの挟みしろを示す説明図であ
る。

【図１３】使用により生じた超音波発振体の位置ズレを
示す説明図である。

【図１４】図１４（Ａ）は超音波発振体が支持体に対し
て定位置にある場合の超音波振動の伝搬状態を示し、図
１４（Ｂ）は超音波発振体が支持体対して位置ズレを生
じた場合の超音波振動の伝搬状態を示す説明図である。

【符号の説明】

２超音波振動子３ホーン部４超音波発振体５，５Ａ支持体６，６Ａ第一のフレーム（枠体）６１，６１Ａ第一の挿通穴６２，６２Ａ面取り面７，７Ａ支持部材７１，７１Ａ第二の挿通穴７２，７２Ａ面取り面６５，７５介挿部材（弾性体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波振動を発振する超音波振動子とこ
の超音波振動子から出力された前記超音波振動を増幅し
てその先端部から出力するホーン部とを一体的に備える
超音波発振体と、この超音波発振体を支持する支持体と、を有し、前記超音波発振体は、その一端部から他端部に向かう方
向に沿って前記ホーン部と超音波振動子と順次配置され
ると共に、前記一端部から他端部の間のいずれかの位置
にフランジを備え、前記支持体は、前記フランジを境とする前記超音波発振
体のいずれか一方の端部を挿通させる第一の挿通穴を備
える枠体と、前記フランジを境とする前記超音波発振体
の他方の端部を挿通させる第二の挿通穴を備える支持部
材とを備えると共に、前記各挿通穴の少なくとも一方の
挿通穴に面取り面が設けられ、前記支持体は、前記フランジの周縁部が前記いずれかの
挿通穴の面取り面に当接した状態で，前記枠体と支持部
材とで前記フランジを狭持することにより前記超音波発
振体を保持することを特徴とする超音波振動出力機構。
【請求項２】前記第一の挿通穴と第二の挿通穴の双方
について前記面取り面を設けたことを特徴とする請求項
１記載の超音波振動出力機構。
【請求項３】前記面取り面と前記フランジとの間に、
弾性体を介挿したことを特徴とする請求項１又は２記載
の超音波振動出力機構。