JP2019014026A - 超音波加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】縦振動体の支持剛性を高め、加工性能低下、工具の短命化、騒音や熱の発生原因となる長尺状工具の撓み振動を抑制する。【解決手段】超音波加工装置１１は、縦振動体４１と超音波振動子２１と超音波発振器２２とを備える。縦振動体４１は、長尺状工具４２と超音波伝送体４３と超音波共振体４４とで構成される。超音波伝送体４３は、工具一端に接続され、超音波振動子２１の超音波縦振動を長尺状工具４２に伝送する。超音波共振体４４は、工具他端に接続され、軸方向に縦振動共振する。超音波伝送体４３の縦振動節部ｆ１となる位置に第１被固定部４３ａが設けられ、超音波共振体４４の縦振動節部ｆ１となる位置に第２被固定部４３ｂが設けられる。第１及び第２被固定部４３ａ，４３ｂが、長尺状工具４２の長さ方向に張力を付与可能な固定手段３２，３３を介して支持体１２に固定される。【選択図】図２

Description

本発明は、長尺状工具を長さ方向に振動させて機械的な加工を行う超音波加工装置に関するものである。

従来、この種の超音波加工装置の一種として超音波カッターがよく知られている。一般的に超音波カッターは、超音波発振子の先端に超音波伝送体であるホーンを設け、そのホーンの先端に刃物をねじ止め固定した構造を有している。超音波発振子は超音波発振器からの駆動信号によって超音波振動され、その超音波振動がホーンを介して刃物に伝達される結果、切断対象が容易に切断されるようになっている。このような超音波カッターを用いた場合、超音波振動がないときに比べて、厚手の紙、プラスチック、ＦＲＰ、木材などを小さい力で切断することができる。また、ケーキ、食パン、肉、魚、野菜などの柔らかい食材を押し潰すことなく、切り口の形状を壊さずに切断することができる。

ところで、超音波カッターでは、縦振動、撓み振動、ねじり振動、複合振動などが振動モードとして利用されているが、実用化・製品化されている超音波カッターの殆どは縦振動を利用したものである。例えば、特許文献１に開示された従来の超音波カッターは、ケースに振動可能に装着されたランジュバン型振動子と、該ランジュバン型振動子に固着されたホーン部材と、該ホーン部材に基部が固着された鋸状刃とを備えている。そして、ランジュバン型振動子に発振器から発振出力を印加して振動子を縦振動駆動することにより、縦振動体であるホーン及び鋸状刃が縦振動して切断対象が切断されるようになっている。

特開２００８−１５４７８５号公報 特開２００１−１０５３９０号公報

例えば、切断範囲が広い切断対象を超音波カッターで一度に効率よく切断したいような場合、ホーン先端には長い刃物が接続される。その一方で、刃物が長くなると刃物が撓みやすくなるため、重い切断負荷に対して刃物が折れやすくなるという欠点がある。また、縦振動を利用した超音波カッターの場合、刃物が撓むことにより、振動の一部が撓み振動にモード変換される。それゆえ、切断に寄与する縦振動成分が減り、超音波による効果が低減してしまうという問題がある。さらに、モード変換される撓み振動成分は、非線形作用により超音波の駆動周波数より低い周波数で励振されることが経験的に知られているが、その振動周波数が可聴域にあると騒音になるので好ましくない。また、撓み振動の機械振動損は縦振動の機械振動損よりもはるかに大きく、大きな発熱を伴うので、使用上好ましくない。

さらに、切断対象が硬かったり粘性を有するものである場合や、切断対象の切断範囲が広いような場合には、切断抵抗が大きくなることで刃物に伝送される超音波振動が抑制されてしまい、超音波による効果が得られないことがある。また、実用化されている超音波カッターは、一般的に、刃物の一端に超音波振動子を１つ接続した構造を有している。ここで、振動子単体の最大出力パワーは限られているので、切断抵抗が大きい切断対象に対しては、切断効果がある振動レベルを実現するための振動パワーが不足して、超音波による効果が得られなくなるという問題がある。

ここで、刃物の両端にそれぞれ超音波振動子を接続した構造の超音波カッターも従来知られているが（例えば、特許文献２を参照）、この超音波カッターは、進行波を発生させるために撓み振動を積極的に利用するものであって、縦振動を利用するものではない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、縦振動体の支持剛性を高めることで、加工性能低下、工具の短命化、騒音や熱の発生などの原因となる長尺状工具の撓み振動を抑制することができる超音波加工装置を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、十分大きな振動パワーで動作可能なため、抵抗が大きい加工対象に対しても確実に加工を行うことができる高出力の超音波加工装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、長尺状工具を含んで構成され前記長尺状工具の長さ方向に振動する縦振動体と、前記縦振動体に超音波縦振動を与える超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動する超音波発振器とを備え、支持体に固定された状態で使用される超音波加工装置であって、前記縦振動体は、前記長尺状工具と、前記長尺状工具の一端に接続され、前記超音波振動子の超音波縦振動を前記長尺状工具に伝送する超音波伝送体と、前記長尺状工具の他端に接続され、軸方向に縦振動共振する超音波共振体とにより構成され、前記超音波伝送体において縦振動節部となる位置に設けられた第１被固定部と、前記超音波共振体において縦振動節部となる位置に設けられた第２被固定部とが、前記長尺状工具の長さ方向に張力を付与可能な固定手段を介して前記支持体にそれぞれ固定されていることを特徴とする超音波加工装置をその要旨とする。

従って、請求項１に記載の発明によると、超音波発振器からの駆動信号に基づき超音波振動子が超音波縦振動し、さらにその超音波縦振動が超音波伝送体、長尺状工具及び超音波共振体からなる縦振動体に伝達されて全体が縦振動共振する。このとき、縦振動体は両端にある縦振動節部にて支持体に両持ち固定され、かつ長尺状工具の長さ方向に張力が付与された状態で縦振動する。そのため、縦振動を阻害することなく、縦振動体の支持剛性を確実に高めることができる。従って、長尺状工具の撓み振動成分が抑制される結果、加工性能の向上、工具の長寿命化、騒音や熱の発生防止を図ることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記長尺状工具は、前記超音波振動子が発生する超音波の１／２波長以上の長さを有するとともに、前記超音波伝送体及び前記超音波共振体は、前記１／２波長の整数倍の長さを有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記超音波共振体は、前記超音波伝送体と略同一の形状及び寸法を有することを特徴とする。

従って、請求項３に記載の発明によると、超音波共振体を容易にかつ確実に縦振動で共振させることができるため、長尺状工具を効率よく縦振動させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記長尺状工具は、長尺状の刃物であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記固定手段は、前記支持体に対する取り付け位置が前記長尺状工具の長さ方向に沿って調整可能なスライド式固定具であることを特徴とする。

従って、請求項５に記載の発明によると、固定手段により支持体に対する取り付け位置を長尺状工具の長さ方向に沿って調整することで、長尺状工具に好適な張力を付与することができる。その結果、長尺状工具の撓み振動を確実に防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を被覆するカバーを兼ねることを特徴とする。

従って、請求項６に記載の発明によると、超音波振動子がカバーによって被覆されて非露出の状態となるため、加工時に発生した異物が超音波振動子に付着しにくくなる。その結果、超音波振動子から異物を除去する作業が不要になり、装置のメンテナンス性が向上するとともに、異物の付着による超音波振動子の故障を未然に防止することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を冷却するための冷却手段を有することを特徴とする。

上記のように、カバーを兼ねるスライド式固定具によって超音波振動子を被覆すると、超音波振動子に対する異物の付着が防止される一方で放熱効率が低下する可能性がある。その点、請求項７に記載の発明によると、冷却手段により超音波振動子が冷却されることで超音波振動子が効率よく冷却される。その結果、超音波振動子の作動状態が安定化するとともに、長寿命化を図ることも可能となる。

請求項８に記載の発明は、長尺状工具を含んで構成され前記長尺状工具の長さ方向に振動する縦振動体と、前記縦振動体に超音波縦振動を与える超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動させる超音波発振器とを備え、支持体に固定された状態で使用される超音波加工装置であって、前記超音波振動子は、同一周波数で軸方向に縦振動共振する第１超音波振動子及び第２超音波振動子からなり、前記縦振動体は、前記長尺状工具と、前記長尺状工具の一端に接続され、前記第１超音波振動子の超音波縦振動を前記長尺状工具に伝送する第１超音波伝送体と、前記長尺状工具の他端に接続され、前記第２超音波振動子の超音波縦振動を前記長尺状工具に伝送する第２超音波伝送体とにより構成され、振動速度の振動移相が互いに同一になるように前記第１超音波伝送体の入力端面に前記第１超音波振動子の出力端面が接続され、かつ、振動速度の振動移相が互いに同一になるように前記第２超音波伝送体の入力端面に前記第２超音波振動子の出力端面が接続され、前記第１超音波伝送体において縦振動節部となる位置に設けられた第１被固定部と、前記第２超音波伝送体において縦振動節部となる位置に設けられた第２被固定部とが、前記長尺状工具の長さ方向に張力を付与可能な固定手段を介して前記支持体にそれぞれ固定されていることを特徴とする超音波加工装置をその要旨とする。

従って、請求項８に記載の発明によると、超音波発振器からの駆動信号に基づき同一周波数で第１及び第２超音波振動子が超音波縦振動する結果、さらにその超音波縦振動が第１及び第２超音波伝送体及び長尺状工具からなる縦振動体に伝達されて全体が縦振動共振する。このとき、縦振動体は両端にある縦振動節部にて支持体に両持ち固定され、かつ長尺状工具の長さ方向に張力が付与された状態で縦振動する。そのため、縦振動を阻害することなく、縦振動体の支持剛性を確実に高めることができる。従って、長尺状工具の撓み振動成分が抑制される結果、加工性能の向上、工具の長寿命化、騒音や熱の発生防止を図ることが可能となる。また、第１及び第２超音波振動子の縦振動が加算されることになるので、十分大きな振動パワーで動作可能となり、抵抗が大きい加工対象に対しても確実に加工を行うことができる高出力の超音波加工装置とすることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項８において、前記長尺状工具は、前記第１超音波振動子及び前記第２超音波振動子が発生する超音波の１／２波長以上の長さを有するとともに、前記第１超音波伝送体及び前記第２超音波伝送体は、前記１／２波長の整数倍の長さを有することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９において、前記縦振動体の長さが前記１／２波長の奇数倍となるように設定され、前記第１超音波振動子における圧電素子の分極方向と、前記第２超音波振動子における圧電素子の分極方向とが同じになるように設定されていることを特徴とする。

従って、請求項１０に記載の発明によると、第１超音波振動子及び第２超音波振動子を同一周波数かつ同一位相の高周波信号で駆動させた場合、縦振動体の一端面と第１超音波振動子の出力端面との振動速度の振動移相、縦振動体の他端面と第２超音波振動子の出力端面との振動速度の振動移相をそれぞれ同一にすることができる。よって、縦振動体、第１超音波振動子及び第２超音波振動子を容易にかつ確実に縦振動共振させることができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項９において、前記縦振動体の長さが前記１／２波長の偶数倍となるように設定され、前記第１超音波振動子における圧電素子の分極方向と、前記第２超音波振動子における圧電素子の分極方向とが逆になるように設定されていることを特徴とする。

従って、請求項１１に記載の発明によると、第１超音波振動子及び第２超音波振動子を同一周波数かつ同一位相の高周波信号で駆動させた場合、縦振動体の一端面と第１超音波振動子の出力端面との振動速度の振動移相、縦振動体の他端面と第２超音波振動子の出力端面との振動速度の振動移相をそれぞれ同一にすることができる。よって、縦振動体、第１超音波振動子及び第２超音波振動子を容易にかつ確実に縦振動共振させることができるため、長尺状工具を十分大きな振動パワーで効率よく縦振動させることができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項８乃至１１のいずれか１項において、前記超音波振動子は、同一周波数で軸方向に縦振動共振する複数の第１超音波振動子及び複数の第２超音波振動子からなることを特徴とする。

従って、請求項１２に記載の発明によると、複数の第１超音波振動子による縦振動と、複数の第２超音波振動子による縦振動とが加算されることで、長尺状工具を十分大きな振動パワーで動作させることが可能となる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２において、複数の前記第１超音波振動子同士が互いに縦列接続され、複数の前記第２超音波振動子同士が互いに縦列接続されていることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１２において、複数の前記第１超音波振動子の超音波縦振動の方向を変換しかつパワーを合成して出力する第１パワー合成器が前記第１超音波伝送体の入力端面に設けられ、複数の前記第２超音波振動子の超音波縦振動の方向を変換しかつパワーを合成して出力する第２パワー合成器が前記第２超音波伝送体の入力端面に設けられていることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項８乃至１４のいずれか１項において、前記第１超音波振動子及び前記第２超音波振動子は、共通の前記超音波発振器を用いて同一位相で駆動されることを特徴とする。

従って、請求項１５に記載の発明によると、第１超音波振動子及び第２超音波振動子を駆動するにあたり、超音波発振器が１つでよくしかも位相を変換する移相器なども必要としないため、装置構成を簡略化することができる。

請求項１６に記載の発明は、請求項８乃至１５のいずれか１項において、前記長尺状工具は、長尺状の刃物であることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項８乃至１６のいずれか１項において、前記固定手段は、前記支持体に対する取り付け位置が前記長尺状工具の長さ方向に沿って調整可能なスライド式固定具であることを特徴とする。

従って、請求項１７に記載の発明によると、固定手段により支持体に対する取り付け位置を長尺状工具の長さ方向に沿って調整することで、長尺状工具に好適な張力を付与することができる。その結果、長尺状工具の撓み振動を確実に防止することができる。

請求項１８に記載の発明は、請求項１７において、前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を被覆するカバーを兼ねることを特徴とする。

従って、請求項１８に記載の発明によると、超音波振動子がカバーによって被覆されて非露出の状態となるため、加工時に発生した異物が超音波振動子に付着しにくくなる。その結果、超音波振動子が故障しにくくなり、装置の耐久性が向上する。

請求項１９に記載の発明は、請求項１８において、前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を冷却するための冷却手段を有することを特徴とする．

上記のように、カバーを兼ねるスライド式固定具によって超音波振動子を被覆すると、超音波振動子に対する異物の付着が防止される一方で放熱効率が低下する可能性がある。その点、請求項１９に記載の発明によると、冷却手段により超音波振動子が冷却されることで超音波振動子が効率よく冷却される。その結果、超音波振動子の作動状態が安定化するとともに、長寿命化を図ることも可能となる。

以上詳述したように、請求項１〜１９に記載の発明によると、縦振動体の支持剛性を高めることで、加工性能低下、工具の短命化、騒音や熱の発生などの原因となる長尺状工具の撓み振動を抑制することができる超音波加工装置を提供することができる。また、請求項８〜１９に記載の発明によると、十分大きな振動パワーで動作可能なため、抵抗が大きい加工対象に対しても確実に加工を行うことができる高出力の超音波加工装置を提供することができる。

本発明の超音波加工装置を具体化した第１実施形態の超音波カッターの要部を示す概略図。 第１実施形態の超音波カッターにおいて、カッター部本体を支持体に固定した状態を示す概略図。 本発明の超音波加工装置を具体化した第２実施形態の超音波カッターの要部を示す概略図。 第２実施形態の超音波カッターにおいて、カッター部本体を支持体に固定した状態を示す概略図。 本発明の超音波加工装置を具体化した第３実施形態の超音波カッターの要部を示す概略図。 本発明の超音波加工装置を具体化した第４実施形態の超音波カッターの要部を示す概略図。 本発明の超音波加工装置を具体化した第５実施形態の超音波カッターの要部を示す概略図。

［第１実施形態］
以下、本発明の超音波加工装置を具体化した実施形態の超音波カッターを図１〜図２に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態の超音波カッター１１の要部を示す概略図であり、図２は当該超音波カッター１１におけるカッター部本体３１を支持体に設置した状態を示す概略図である。

図１、図２に示されるように、本実施形態のカッター部本体３１は、固定手段としてのスライド式固定具３２，３３、超音波振動子２１、超音波発振器２２、縦振動体４１などを備えている。また、このカッター部本体３１と支持体である切断自動加工機１２とによって、超音波カッター１１が構成されている。

図１に示されるように、カッター部本体３１を構成する縦振動体４１は、長尺状工具としての刃物４２と、超音波伝送体としての超音波ホーン４３と、超音波共振体４４とからなる。本実施形態において使用される刃物４２は、片側縁に刃部を有する平板かつ長尺状の部材であって、超音波振動子が発生する超音波の１／２波長以上の長さＬｂ（具体的には１／２波長の３倍の長さ）を有している。超音波ホーン４３は、円柱状をなす金属製の部材であって出力端側が徐々に小径となるように形成されている。超音波ホーン４３の軸方向の長さは、１／２波長の１倍の長さとなっている。また、超音波ホーン４３の入力端面と出力端面とのちょうど中間となる位置には、第１被固定部としての第１フランジ部４３ａが形成されている。そして、このような構造をした超音波ホーン４３の出力端面は、長尺状の刃物４２の一端（図１における左端）側に接続されている。より具体的にいうと、超音波ホーン４３の出力端面は、着脱可能な状態で長尺状の刃物４２の一端側に対してねじ止め固定されている。

本実施形態における超音波共振体４４は、上述した超音波ホーン４３と略同一の形状及び寸法を有している。つまり、この超音波共振体４４は、円柱状をなす金属製の部材であって一端側が徐々に小径となるように形成されている。また、超音波共振体４４の軸方向の長さは、超音波ホーン４３と同様に１／２波長の１倍の長さとなっている。また、超音波共振体４４の両端面のちょうど中間となる位置には、第２被固定部としての第２フランジ部４４ａが形成されている。そして、このような構造をした超音波共振体４４のホーン側の端面は、長尺状の刃物４２の他端（図１における右端）側に接続されている。より具体的にいうと、超音波共振体４４のホーン側の端面は、着脱可能な状態で長尺状の刃物４２の他端側に対してねじ止め固定されている。

なお、このように構成された縦振動体４１は、全長Ｌｖが１／２波長の整数倍（本実施形態では５倍）の長さを有するものとなっている。

図１、図２に示されるように、縦振動体４１の一端（超音波ホーン４３の入力端面）には、縦振動体４１に超音波縦振動を与えるための超音波振動子２１が接続されている。本実施形態の超音波振動子２１は、軸方向の縦振動成分が１／２波長の整数倍の周波数で共振する振動モードを有するボルト締めランジュバン振動子であり、軸方向の長さが１／２波長の１倍となるように設計されている。この超音波振動子２１には、超音波発振器２２が電気的に接続されている。超音波発振器２２は、超音波振動子２１を駆動するための正弦波からなる超音波発振信号を生成し、この信号を超音波振動子２１に対して出力する。なお、縦振動体４１の他端（超音波共振体４４の非ホーン側の端面）には、このような超音波振動子２１は特に接続されていない。

図２に示されるように、支持体である切断自動加工機１２は、互いに離間して配置された一対の支持アーム１３を有している。これら一対の支持アーム１３には、スライド式固定具３２，３３がそれぞれ設けられている。これらのスライド式固定具３２，３３は、収容空間３４を有するカバー部３５の上下両側に一対の突片３６を設けた構成となっている。各々の突片３６には、図２の左右方向に沿って延びる２つの長孔３７が形成されている。そして、長孔３７にボルト３８を挿通することで、スライド式固定具３２，３３がそれぞれの支持アーム１３に対して固定されている。従って、これらのスライド式固定具３２、３３は、支持アーム１３に対する取り付け位置が図２の左右方向（即ち刃物４２の長さ方向）に沿って調整可能な構造となっている。

この縦振動体４１の場合、超音波伝送体４３において縦振動節部ｆ１となる位置には、第１被固定部としての第１フランジ部４３aが設けられている。一方、超音波共振体４４において縦振動節部ｆ１となる位置には、第２被固定部としての第フランジ部４４ａが設けられている。一方のスライド式固定具３２のカバー部３５内には、超音波振動子２１の全部及び超音波ホーン４３の一部が収容されている。第１フランジ部４３aは、ゴムパッキング３９を介して、フランジ固定金具４０によりカバー部３５の内壁面に対して固定されている。他方のスライド式固定具３３のカバー部３５内には、超音波共振体４４の一部が収容されている。第２フランジ部４４ａは、ゴムパッキング３９を介して、フランジ固定金具４０によりカバー部３５の内壁面に対して固定されている。その結果、縦振動体４１は、両端にある縦振動節部ｆ１にて支持体に両持ち固定された状態となる。なお、スライド式固定具３２、３３の取り付け位置を適宜調整することにより、縦振動体４１は、刃物４２の長さ方向に沿って好適な張力が付与された状態で固定される。

次にこのように構成された装置の動作について説明する。

上述のように、カッター部本体３１を切断自動加工機１２に固定した状態で、超音波発振器２２を動作させる。すると、超音波発振器２２が所定周波数の超音波発振信号を生成し、この信号を超音波振動子２１に対して出力する結果、超音波振動子２１が超音波縦振動する。さらにこの超音波縦振動は、超音波ホーン４３によって振動振幅が拡大された後に刃物４２及び超音波共振体４４に伝達される。その結果、縦振動体４１の全体が縦振動共振し、刃物４２が撓むことなくその長さ方向に沿って縦振動する。このように超音波縦振動する刃物４２を切断対象（加工対象）に当てることにより、切断対象を効率よく切断加工することができる。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の超音波カッター１１によると、上述したように、超音波発振器２２からの駆動信号に基づき超音波振動子２１が超音波縦振動し、さらにその超音波縦振動が超音波ホーン４３、刃物４２及び超音波共振体４４からなる縦振動体４１に伝達されて、縦振動体４１全体が縦振動共振する。このとき、縦振動体４１は、両端にある縦振動節部ｆ１（即ち第１フランジ部４３ａ及び第２フランジ部４４ａの位置）にて一対の支持アーム体１３に両持ち固定され、かつ刃物４２の長さ方向に張力が付与された状態で縦振動する。そのため、縦振動を阻害することなく、縦振動体４１の支持剛性を確実に高めることができる。

そして、この超音波カッター１１の場合、超音波振動の一部が撓み振動にモード変換されることがないため、切断に寄与する縦振動成分で刃物４２を振動させることができ、超音波による効果を得る（即ち切断性能を向上する）ことができる。また、刃物４２を長くした場合であっても、刃物４２の撓みが抑制されることから、重い切断負荷に対して刃物４２が折れるといったリスクが小さくなる。よって、刃物４２の長寿命化を図ることができる。さらに、撓み振動に起因して超音波の駆動周波数より低い可聴域の周波数で励振されるといったことがないため、騒音の発生を未然に防ぐことができるとともに、熱の発生も未然に防ぐことができる。

（２）本実施形態の超音波カッター１１において、刃物４２は、超音波振動子２１が発生する超音波の１／２波長の３倍の長さＬｂを有している。また、超音波ホーン４３及び超音波共振体４３は、互いに略同一の形状及び寸法を有しており、それぞれ１／２波長の１倍の長さを有している。そして、これら部材により構成された縦振動体４１の場合、超音波共振体４３を容易にかつ確実に縦振動で共振させることができ、刃物４２を効率よく縦振動させることができる。

（３）本実施形態の超音波カッター１１では、支持アーム１３に対する取り付け位置が刃物４２の長さ方向に沿って調整可能なスライド式固定具３２，３３を用い、これを介して縦振動体４１を固定している。このため、縦振動体４１の取り付け位置を適宜調整することで、刃物４２に好適な張力を付与することができる。その結果、刃物４２の撓み振動を確実に防止することができる。

（４）本実施形態では、一方のスライド式固定具３２が超音波振動子２１を被覆するカバーを兼ねているため、超音波振動子２１が非露出の状態に保たれる。よって、切断加工時に発生した切削屑などの異物が超音波振動子２１に付着しにくくなる。その結果、超音波振動子２１から異物を除去する作業が不要になり、装置のメンテナンス性が向上するとともに、異物の付着による超音波振動子２１の故障を未然に防止することができる。また、本実施形態ではスライド式固定具３２とは別にカバーを設ける必要がないことから、装置構成を簡略化することが可能である。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の超音波カッター５１を図３〜図４に基づき詳細に説明する。図３は、本実施形態の超音波カッター５１の要部を示す概略図であり、図４は当該超音波カッター５１におけるカッター部本体３１Ａを支持体に設置した状態を示す概略図である。

図３、図４に示されるように、本実施形態のカッター部本体３１Ａは、固定手段としての固定具３２Ａ及びスライド式固定具３２Ｂ、第１超音波振動子２１Ａ、第２超音波振動子２１Ｂ、超音波発振器２２、縦振動体４１Ａなどを備えている。また、このカッター部本体３１Ａと支持体である切断自動加工機１２とによって、超音波カッター５１が構成されている。

図３に示されるように、カッター部本体３１Ａを構成する縦振動体４１Ａは、長尺状工具としての刃物４２と、第１超音波伝送体としての第１超音波ホーン４３Ａと、第２超音波伝送体としての第２超音波ホーン４３Ｂとからなる。本実施形態において使用される刃物４２は、超音波振動子２１Ａ，２１Ｂが発生する超音波の１／２波長の３倍の長さＬｂを有している。第１及び第２超音波ホーン４３Ａ，４３Ｂは、いずれも軸方向の長さが１／２波長の１倍となっており、入力端面と出力端面との中間位置にそれぞれ第１フランジ部４３ａ、第２フランジ部４３ｂを有している。そして、第１超音波ホーン４３Ａの出力端面は、刃物４２の一端（図３における左端）側にねじ止めにより接続固定されている。また、第２超音波ホーン４３Ｂの出力端面は、刃物４２の他端（図３における右端）側にねじ止めにより接続固定されている。そして、このように構成された縦振動体４１Ａは、全長Ｌｖが１／２波長の奇数倍（本実施形態では５倍）の長さを有するものとなっている。

図３、図４に示されるように、縦振動体４１Ａの一端（第１超音波ホーン４３Ａの入力端面）には第１超音波振動子２１Ａが接続され、他端（第２超音波ホーン４３Ｂの入力端面）には第２超音波振動子２１Ｂが接続されている。これら超音波振動子２１Ａ，２１Ｂは、基本的に第１実施形態の超音波振動子２１と同様のものであって、同一周波数で軸方向に縦振動共振するものとなっている。これら２つの超音波振動子２１Ａ，２１Ｂには、共通の超音波発振器２２が電気的に接続されている。また、第１超音波振動子２１Ａにおける圧電素子５２の直流分極方向と、第２超音波振動子２１Ｂにおける圧電素子５２の直流分極方向とが同じになるように（即ち、振動子軸方向（具体的には、積層された２枚の素子の積層方向）に沿って互いに離間する向きに分極するように）設定されている（図３の矢印ＡＲを参照）。

そして、第１超音波ホーン４３Ａの入力端面と第１超音波振動子２１Ａの出力端面とで互いの振動速度の振動移相が同一になるように、第１超音波ホーン４３Ａの入力端面に第１超音波振動子２１Ａの出力端面がねじ止めにより接続されている。また、第２超音波ホーン４３Ｂの入力端面と第２超音波振動子２１Ｂの出力端面とで互いの振動速度の振動移相が同一になるように、第２超音波ホーン４３Ｂの入力端面に第２超音波振動子２１Ｂの出力端面がねじ止めにより接続されている。

本実施形態の固定具３２Ａ、スライド式固定具３２Ｂは、基本的に第１実施形態のスライド式固定具３２とほぼ同じ構成を備えていることから、共通する部分については同じ部材番号を付し、詳細な説明を割愛する。固定具３２Ａにおけるカバー部３５の基端側には、第１超音波振動子２１Ａを冷却するための冷却ファン５５（冷却手段）が設けられている。また、スライド式固定具３２Ｂにおけるカバー部３５の基端側には、第２超音波振動子２１Ｂを冷却するための冷却ファン５５（冷却手段）が設けられている。なお、固定具３２Ａにおける一対の突片３６は、ボルト挿通のための孔を有しているものの、その孔は長孔３７ではない。このため、固定具３２Ａについては、非スライド式の固定具となっている。

この縦振動体４１Ａの場合、第１超音波ホーン４３Ａにおいて縦振動節部ｆ１となる位置には、第１被固定部としての第１フランジ部４３aが設けられている。そして、この第１フランジ部４３aは、固定具３２Ａのカバー部３５の内壁面に対して固定されている。一方、第２超音波ホーン４３Ｂにおいて縦振動節部ｆ１となる位置には、第２被固定部としての第２フランジ部４４ａが設けられている。そして、この第２フランジ部４４ａは、スライド式固定具３２Ｂのカバー部３５の内壁面に対して固定されている。その結果、縦振動体４１Ａは、両端にある縦振動節部ｆ１にて支持体に両持ち固定された状態となる。このような固定状態では、スライド式固定具３２Ｂの取り付け位置を適宜調整することにより、刃物４２の長さ方向に沿って好適な張力を付与することができる。

次にこのように構成された装置の動作について説明する。

上述のように、カッター部本体３１Ａを切断自動加工機１２に固定した状態で、超音波発振器２２を動作させる。すると、超音波発振器２２が所定周波数の超音波発振信号を生成し、この信号を第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂに対して出力する。その結果、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂが超音波縦振動する。さらにこの超音波縦振動は、第１及び第２超音波ホーン４３Ａ，４３Ｂによって振動振幅が拡大された後に刃物４２に伝達される。その結果、縦振動体４１Ａの全体が縦振動共振し、刃物４２が撓むことなくその長さ方向に沿って縦振動する。このように超音波縦振動する刃物４２を切断対象（加工対象）に当てることにより、切断対象を効率よく切断加工することができる。

そして、このように構成された超音波カッター５１の場合、超音波振動の一部が撓み振動にモード変換されることがないため、切断に寄与する縦振動成分で刃物４２を振動させることができ、超音波による効果を得る（即ち切断性能を向上する）ことができる。また、刃物４２を長くした場合であっても、刃物４２の撓みが抑制されることから、重い切断負荷に対して刃物４２が折れるといったリスクが小さくなる。よって、刃物４２の長寿命化を図ることができる。さらに、撓み振動に起因して超音波の駆動周波数より低い可聴域の周波数で励振されるといったことがないため、騒音の発生を未然に防ぐことができるとともに、熱の発生も未然に防ぐことができる。

ここで、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの接合面における振動力をＦ_１、Ｆ_２［Ｎ］、振動速度をｖ_１、ｖ_２［ｍ／ｓ］とする。機械振動損失がない場合、２本の超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの振動パワー［Ｗ］（単位時間あたりのエネルギー［Ｊ／ｓ］）の総和は、エネルギー保存則により、ΣＦｖ＝Ｆ_１ｖ_１＋Ｆ_２ｖ_２として、縦振動体４１Ａの音響出力面（刃物４２の切断面）に現れる。Ｆ_１ｖ_１＋Ｆ_２ｖ_２であるとすると、振動パワーの総和は、超音波振動子が１本の場合の２倍となる。このように、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの縦振動が加算される本実施形態によれば、超音波振動子が１本の場合に比べて十分大きな振動パワーで超音波カッター５１を動作させることができる。それゆえ、抵抗が大きい切断対象に対しても確実に切断加工を行うことができる高出力の超音波カッター５１とすることができる。

また、本実施形態の超音波カッター５１では、縦振動体４１Ａの長さＬｖが駆動超音波の１／２波長の５倍となるように設定され、第１超音波振動子２１Ａにおける圧電素子５２の直流分極方向と、第２超音波振動子２１Ｂにおける圧電素子５２の直流分極方向とが同じになるように設定されている。このため、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂを同一周波数かつ同一位相の高周波信号で駆動させた場合、第１超音波ホーン４３Ａの入力端面と第１超音波振動子２１Ａの出力端面との振動速度の振動移相を互いに同一にすることができる。また、第２超音波ホーン４３Ｂの入力端面と第２超音波振動子２１Ｂの出力端面との振動速度の振動移相を互いに同一にすることができる。よって、縦振動体４１Ａ、第１超音波振動子２１Ａ及び第２超音波振動子２１Ｂを容易にかつ確実に縦振動共振させることができる。

さらに、本実施形態の固定具３２Ａ及びスライド式固定具３２Ｂは、それぞれ冷却ファン５５を有しているため、超音波振動子２１Ａ，２１Ｂを効率よく冷却することができる。その結果、超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの作動状態が安定化するとともに、長寿命化を図ることも可能となる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の超音波カッターについて図５に基づき説明する。本実施形態の超音波カッターは、基本的に第２実施形態とほぼ同じ構成を備えていることから、共通する部分については同じ部材番号を付し、詳細な説明を割愛する。この超音波カッターにおけるカッター部本体３１Ｂは、縦振動体４１Ｂの構成が第２実施形態のものと若干異なっている。

図５に示されるように、カッター部本体３１Ｂを構成する縦振動体４１Ｂは、刃物４２と第１超音波ホーン４３Ａと第２超音波ホーン４３Ｂとからなる。ただし、本実施形態において使用される刃物４２は、第２実施形態のものよりも短く、超音波振動子２１Ａ，２１Ｂが発生する超音波の１／２波長の２倍の長さＬｂを有する。このため、縦振動体４１Ｂは、全長Ｌｖが１／２波長の偶数倍（本実施形態では４倍）の長さを有するものとなっている。

同一周波数で軸方向に縦振動共振する第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂは、共通の超音波発振器２２が電気的に接続されている。また、第１超音波振動子２１Ａにおける圧電素子５２の直流分極方向と、第２超音波振動子２１Ｂにおける圧電素子５２の直流分極方向とが逆になるように設定されている。具体的には、第１超音波振動子２１Ａにおける直流分極方向は、積層された２枚の圧電素子５２同士の界面から離間する方向であるのに対し、第２超音波振動子２１Ｂにおける直流分極方向は、積層された２枚の圧電素子５２同士の界面に向かう方向となっている（図５の矢印ＡＲを参照）。

ここで、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの接合面における振動力をＦ_１、Ｆ_２［Ｎ］、振動速度をｖ_１、ｖ_２［ｍ／ｓ］とする。機械振動損失がない場合、２本の超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの振動パワー［Ｗ］（単位時間あたりのエネルギー［Ｊ／ｓ］）の総和は、エネルギー保存則により、ΣＦｖ＝Ｆ_１ｖ_１＋Ｆ_２ｖ_２として、縦振動体４１Ｂの音響出力面（刃物４２の切断面）に現れる。Ｆ_１ｖ_１＋Ｆ_２ｖ_２であるとすると、振動パワーの総和は、超音波振動子が１本の場合の２倍となる。このように、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの縦振動が加算される本実施形態によれば、超音波振動子が１本の場合に比べて十分大きな振動パワーで超音波カッターを動作させることができる。それゆえ、抵抗が大きい切断対象に対しても確実に切断加工を行うことができる高出力の超音波カッターとすることができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の超音波カッターについて図６に基づき説明する。本実施形態の超音波カッターは、基本的に第２実施形態とほぼ同じ構成を備えていることから、共通する部分については同じ部材番号を付し、詳細な説明を割愛する。

この超音波カッターにおけるカッター部本体３１Ｃは、固定手段としての固定具３２Ａ及びスライド式固定具３２Ｂ、２本の第１超音波振動子２１Ａ、２本の第２超音波振動子２１Ｂ、超音波発振器２２、縦振動体４１Ａなどを備えている。カッター部本体３１Ｃの一端側においては、同一周波数で軸方向に縦振動共振する２本の第１超音波振動子２１Ａ同士が、互いに縦列接続されている。また、カッター部本体３１Ｃの他端側においては、同一周波数で軸方向に縦振動共振する２本の第２超音波振動子２１Ｂ同士が、互いに縦列接続されている。

２本ある第１超音波振動子２１Ａのうち、縦振動体４１Ａに近いものにおける圧電素子５２の直流分極方向は、積層された２枚の圧電素子５２同士の界面から離間する方向となっている。これに対し、縦振動体４１Ａから遠い第１超音波振動子２１Ａにおける圧電素子５２の直流分極方向は、積層された２枚の圧電素子５２同士の界面に向かう方向となっている。２本ある第２超音波振動子２１Ｂのうち、縦振動体４１Ａに近いものにおける圧電素子５２の直流分極方向は、積層された２枚の圧電素子５２同士の界面から離間する方向となっている。これに対し、縦振動体４１Ａから遠い第２超音波振動子２１Ｂにおける圧電素子５２の直流分極方向は、積層された２枚の圧電素子５２同士の界面に向かう方向となっている（図６の矢印ＡＲを参照）。このため、各超音波振動子２１Ａ，２１Ｂを同一周波数かつ同一位相の高周波信号で駆動させた場合、第１超音波ホーン４３Ａの入力端面と第１超音波振動子２１Ａの出力端面との振動速度の振動移相、及び第１超音波ホーン４３Ａ同士の接合面の振動速度の振動移相を互いに同一にすることができる。また、第２超音波ホーン４３Ｂの入力端面と第２超音波振動子２１Ｂの出力端面との振動速度の振動移相、及び第２超音波ホーン４３Ｂ同士の接合面の振動速度の振動移相を互いに同一にすることができる。よって、縦振動体４１Ａ、２本の第１超音波振動子２１Ａ及び２本の第２超音波振動子２１Ｂを容易にかつ確実に縦振動共振させることができる。

ここで、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの接合面における振動力をＦ_１、Ｆ_２［Ｎ］、振動速度をｖ_１、ｖ_２［ｍ／ｓ］とする。機械振動損失がない場合、４本の超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの振動パワー［Ｗ］（単位時間あたりのエネルギー［Ｊ／ｓ］）の総和は、エネルギー保存則により、ΣＦｖ＝２・Ｆ_１ｖ_１＋２・Ｆ_２ｖ_２として、縦振動体４１Ａの音響出力面（刃物４２の切断面）に現れる。Ｆ_１＝ｖ_１、Ｆ_２＝ｖ_２であるとすると、振動パワーの総和は、超音波振動子が１本の場合の４倍となる。このように、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの縦振動が加算される本実施形態によれば、超音波振動子が１本の場合に比べて十分大きな振動パワーで超音波カッターを動作させることができる。それゆえ、抵抗が大きい切断対象に対しても確実に切断加工を行うことができる高出力の超音波カッターとすることができる。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態の超音波カッターについて図７に基づき説明する。本実施形態の超音波カッターは、基本的に第２実施形態とほぼ同じ構成を備えていることから、共通する部分については同じ部材番号を付し、詳細な説明を割愛する。

この超音波カッターにおけるカッター部本体３１Ｄは、固定手段としての固定具３２Ａ及びスライド式固定具３２Ｂ、２本の第１超音波振動子２１Ａ、２本の第２超音波振動子２１Ｂ、超音波発振器２２、縦振動体４１Ａなどを備えている。これに加えて、カッター部本体３１Ｄは第１パワー合成器６１及び第２パワー合成器６２をさらに備えている。第１パワー合成器６１は、２本の第１超音波振動子２１Ａの超音波縦振動の方向を９０°変換しかつパワーを合成して出力するべく、第１超音波ホーン４３Ａの入力端面に設けられている。第２パワー合成器６２は、２本の第２超音波振動子２１Ｂの超音波縦振動の方向を９０°変換しかつパワーを合成して出力するべく、第２超音波ホーン４３Ｂの入力端面に設けられている。なお、本実施形態では第１パワー合成器６１、第２パワー合成器６２としてＬ−Ｌ形変換体が使用されており、これらを介して第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂが縦振動体４１Ａに接続されている。

４本の超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの圧電素子５２の直流分極方向は、いずれも積層された２枚の圧電素子５２同士の界面から離間する方向となっている（図６の矢印ＡＲを参照）。このため、各超音波振動子２１Ａ，２１Ｂを同一周波数かつ同一位相の高周波信号で駆動させた場合、第１超音波ホーン４３Ａの入力端面と第１パワー合成器６１の出力端面との振動速度の振動移相、及び第１パワー合成器６１の入力端面と第１超音波振動子２１Ａの出力端面との振動速度の振動移相をそれぞれ互いに同一にすることができる。また、第２超音波ホーン４３Ｂの入力端面と第２パワー合成器６２の出力端面との振動速度の振動移相、及び第２パワー合成器６２の入力端面と第２超音波振動子２１Ｂの出力端面との振動速度の振動移相をそれぞれ互いに同一にすることができる。よって、縦振動体４１Ａ、２本の第１超音波振動子２１Ａ、２本の第２超音波振動子２１Ｂ、第１パワー合成器６１、第２パワー合成器６２を容易にかつ確実に縦振動共振させることができる。

ここで、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの接合面における振動力をＦ_１、Ｆ_２［Ｎ］、振動速度をｖ_１、ｖ_２［ｍ／ｓ］とする。機械振動損失がない場合、４本の超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの振動パワー［Ｗ］（単位時間あたりのエネルギー［Ｊ／ｓ］）の総和は、エネルギー保存則により、ΣＦｖ＝２・Ｆ_１ｖ_１＋２・Ｆ_２ｖ_２として、縦振動体４１Ａの音響出力面（刃物４２の切断面）に現れる。Ｆ_１＝ｖ_１、Ｆ_２＝ｖ_２であるとすると、振動パワーの総和は、超音波振動子が１本の場合の４倍となる。このように、第１及び第２超音波振動子２１Ａ，２１Ｂの縦振動が加算される本実施形態によれば、超音波振動子が１本の場合に比べて十分大きな振動パワーで超音波カッターを動作させることができる。それゆえ、抵抗が大きい切断対象に対しても確実に切断加工を行うことができる高出力の超音波カッターとすることができる。

なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記各実施形態では、第１被固定部及び第２被固定部の形状としてフランジ状を採用したが、これに限定されるわけではなく、フランジ状以外の形状（例えば舌片状など）を採用してもよい。

・上記各実施形態では、第１及び第２フランジ部４３ａ，４３ｂを支持体に固定する際に刃物４２の長さ方向に張力を付与する固定手段として、長孔３７にボルト３８を挿通させた構造のスライド式固定具３２，３２Ｂを用いたが、これに限定されない。例えば、ばね等の付勢手段の付勢力や流体圧などを利用して、刃物４２の長さ方向に張力を付与するもの等であってもよい。

・上記各実施形態では、超音波振動子２１，２１Ａ，２１Ｂとしてボルト締めランジュバン振動子を用いたが、これに限定されることはなく、例えばそれとは異なるタイプの振動子を用いても勿論よい。

・上記各実施形態では、超音波振動子２１，２１Ａ，２１Ｂの数が、縦振動体４１，４１Ａ，４１Ｂの両端において同じ数であったが、必ずしもそうする必要はなく、異なる数としてもよい。

・上記各実施形態では、いずれも複数の超音波振動子２１，２１Ａ，２１Ｂに対して共通の超音波発振器２２を接続して駆動させるようにしたが、各超音波振動子２１，２１Ａ，２１Ｂに対して個別に超音波発振器２２を接続して駆動させるようにしてもよい。ただし、後者に比べて前者のほうが装置構成の簡略化にとって有利である。

・上記各実施形態では、第１パワー合成器６１、第２パワー合成器６２としてＬ−Ｌ形変換体を使用したが、これに代えてＲ−Ｌ形変換体を使用してもよい。この場合、円板の側面に多くの超音波振動子２１Ａ，２１Ｂを接続することが可能なため、さらに大きな振動パワーを得ることができ、ひいてはさらに高出力の超音波カッターを実現することができる。

・上記各実施形態では、長尺状工具として長尺状かつ平板状の刃物４２を用いたが、これに限定されない。例えば、切断部にギザギザの付いた鋸状歯等の切断用工具を用いてもよく、切断以外の加工を行う工具（例えば、長尺状のヤスリ等）を用いてもよい。

・上記実施形態における超音波伝達体はホーン形状を有するものであったが、必ずしもホーン形状を有していなくてもよい。

・第１超音波振動子２１Ａ同士や第２超音波振動子２１Ｂ同士を縦列接続する場合の手段はねじ固定でなくてもよく、例えば接着剤による接着や、ろう付けによる接合、金具による連結などといった別の手段を採用してもよい。

・上記実施形態では切断自動加工機１２を支持体として用いたが、これ以外のものを支持体として用いても勿論よい。

１，５１…超音波加工装置としての超音波カッター
１２…支持体としての切断自動加工機
２１…超音波振動子
２１Ａ…第１超音波振動子
２１Ｂ…第２超音波振動子
２２…超音波発振器
３２，３２Ｂ，３３…固定手段としてのスライド式固定具
４１，４１Ａ，４１Ｂ…縦振動体
４２…長尺状工具としての刃物
４３…超音波伝送体としての超音波ホーン
４３Ａ…第１超音波伝送体としての第１超音波ホーン
４３Ｂ…第２超音波伝送体としての第２超音波ホーン
４３ａ…第１被固定部としての第１フランジ部
４３ｂ…第２被固定部としての第２フランジ部
４４…超音波共振体
５２…圧電素子
５５…冷却手段としての冷却ファン
６１…第１パワー合成器
６２…第２パワー合成器
ｆ１…縦振動節部
Ｌｂ…（長尺状工具の）長さ

Claims (19)

1. 長尺状工具を含んで構成され前記長尺状工具の長さ方向に振動する縦振動体と、前記縦振動体に超音波縦振動を与える超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動する超音波発振器とを備え、支持体に固定された状態で使用される超音波加工装置であって、
   前記縦振動体は、前記長尺状工具と、前記長尺状工具の一端に接続され、前記超音波振動子の超音波縦振動を前記長尺状工具に伝送する超音波伝送体と、前記長尺状工具の他端に接続され、軸方向に縦振動共振する超音波共振体とにより構成され、
   前記超音波伝送体において縦振動節部となる位置に設けられた第１被固定部と、前記超音波共振体において縦振動節部となる位置に設けられた第２被固定部とが、前記長尺状工具の長さ方向に張力を付与可能な固定手段を介して前記支持体にそれぞれ固定されている
   ことを特徴とする超音波加工装置。
2. 前記長尺状工具は、前記超音波振動子が発生する超音波の１／２波長以上の長さを有するとともに、前記超音波伝送体及び前記超音波共振体は、前記１／２波長の整数倍の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波加工装置。
3. 前記超音波共振体は、前記超音波伝送体と略同一の形状及び寸法を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波加工装置。
4. 前記長尺状工具は、長尺状の刃物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波加工装置。
5. 前記固定手段は、前記支持体に対する取り付け位置が前記長尺状工具の長さ方向に沿って調整可能なスライド式固定具であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波加工装置。
6. 前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を被覆するカバーを兼ねることを特徴とする請求項５に記載の超音波加工装置。
7. 前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を冷却するための冷却手段を有することを特徴とする請求項６に記載の超音波加工装置。
8. 長尺状工具を含んで構成され前記長尺状工具の長さ方向に振動する縦振動体と、前記縦振動体に超音波縦振動を与える超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動させる超音波発振器とを備え、支持体に固定された状態で使用される超音波加工装置であって、
   前記超音波振動子は、同一周波数で軸方向に縦振動共振する第１超音波振動子及び第２超音波振動子からなり、
   前記縦振動体は、前記長尺状工具と、前記長尺状工具の一端に接続され、前記第１超音波振動子の超音波縦振動を前記長尺状工具に伝送する第１超音波伝送体と、前記長尺状工具の他端に接続され、前記第２超音波振動子の超音波縦振動を前記長尺状工具に伝送する第２超音波伝送体とにより構成され、
   振動速度の振動移相が互いに同一になるように前記第１超音波伝送体の入力端面に前記第１超音波振動子の出力端面が接続され、かつ、振動速度の振動移相が互いに同一になるように前記第２超音波伝送体の入力端面に前記第２超音波振動子の出力端面が接続され、
   前記第１超音波伝送体において縦振動節部となる位置に設けられた第１被固定部と、前記第２超音波伝送体において縦振動節部となる位置に設けられた第２被固定部とが、前記長尺状工具の長さ方向に張力を付与可能な固定手段を介して前記支持体にそれぞれ固定されている
   ことを特徴とする超音波加工装置。
9. 前記長尺状工具は、前記第１超音波振動子及び前記第２超音波振動子が発生する超音波の１／２波長以上の長さを有するとともに、前記第１超音波伝送体及び前記第２超音波伝送体は、前記１／２波長の整数倍の長さを有することを特徴とする請求項８に記載の超音波加工装置。
10. 前記縦振動体の長さが前記１／２波長の奇数倍となるように設定され、前記第１超音波振動子における圧電素子の分極方向と、前記第２超音波振動子における圧電素子の分極方向とが同じになるように設定されていることを特徴とする請求項９に記載の超音波加工装置。
11. 前記縦振動体の長さが前記１／２波長の偶数倍となるように設定され、前記第１超音波振動子における圧電素子の分極方向と、前記第２超音波振動子における圧電素子の分極方向とが逆になるように設定されていることを特徴とする請求項９に記載の超音波加工装置。
12. 前記超音波振動子は、同一周波数で軸方向に縦振動共振する複数の第１超音波振動子及び複数の第２超音波振動子からなることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の超音波加工装置。
13. 複数の前記第１超音波振動子同士が互いに縦列接続され、複数の前記第２超音波振動子同士が互いに縦列接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波加工装置。
14. 複数の前記第１超音波振動子の超音波縦振動の方向を変換しかつパワーを合成して出力する第１パワー合成器が前記第１超音波伝送体の入力端面に設けられ、複数の前記第２超音波振動子の超音波縦振動の方向を変換しかつパワーを合成して出力する第２パワー合成器が前記第２超音波伝送体の入力端面に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波加工装置。
15. 前記第１超音波振動子及び前記第２超音波振動子は、共通の前記超音波発振器を用いて同一位相で駆動されることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の超音波加工装置。
16. 前記長尺状工具は、長尺状の刃物であることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の超音波加工装置。
17. 前記固定手段は、前記支持体に対する取り付け位置が前記長尺状工具の長さ方向に沿って調整可能なスライド式固定具であることを特徴とする請求項８乃至１６のいずれか１項に記載の超音波加工装置。
18. 前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を被覆するカバーを兼ねることを特徴とする請求項１７に記載の超音波加工装置。
19. 前記スライド式固定具は、前記超音波振動子を冷却するための冷却手段を有することを特徴とする請求項１８に記載の超音波加工装置。

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