JP5878299B2 - 超音波振動切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、一端側に刃先が形成された平板状の切断刃に振動を印加して対象物を切断する技術に関する。

従来、一端側に刃先が形成された平板上の切断刃に振動を印加して対象物を切断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、一方端に接続された振動子が発生する振動に共振する共振器の他方端に切断刃が取り付けられており、ステージに載置されたセラミックグリーンシートに代表される対象物を、振動が印加された状態の切断刃により切断することで、対象物を切断する際に切断刃に刃曲がりが生じることなどが防止されて、切断刃に振動を印加しない場合と比較して良好な切断面を有する切断片を得ることができる。

特開平１−１２２４０８号公報（第３頁右上欄〜第３頁右下欄、第２図など）

近年、電子機器の小型化が進むことにより、電子機器に搭載されるチップ型電子部品の微小化が要望されており、具体的にはチップ型電子部品を１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍ以下の大きさに形成することが要求されている。特許文献１には、２００μｍ〜３００μｍの刃厚を有する切断刃が記載されているが、チップ型電子部品を近年要求されている大きさに形成するためには、切断刃の刃厚が１００μｍよりも薄く、望ましくは刃厚が５０μｍよりも薄く形成されている必要がある。そして、チップ型電子部品を形成するための材料である、半導体ウエハやセラミックグリーンシートの積層体などの切断対象物が、上記したように刃厚が薄く形成された切断刃により精度よく切断されなければならない。

しかしながら、従来よりも刃厚が薄く形成された切断刃を用いて従来の切断技術により対象物を１ｍｍ×１ｍｍ以下の形状に切断すると、対象物が切断されることによる切断片に割れや欠けなどの不具合が生じることがある。また、内部に所定の配線パターンが設けられたセラミックグリーンシートの積層体が切断対象物である場合には、切断位置にずれが生じて積層体内部に設けられた配線パターンが損傷するなどの不具合が生じることがある。これらの不具合は、対象物が切断加工されることにより製造される製品の歩留まりの低下を招来する。

本願発明者は、これらの不具合の原因について種々の検討を行い、その結果、切断刃に平行な振動子の本来の振動方向と異なる方向への振動成分が切断刃に印加されることが前記不具合の原因であることを見出した。すなわち、後述する共振器の支持構造に起因して振動子の振動とは関係のない微小な横ぶれなどが共振器本体に生じて、本来の振動子の振動方向と異なる方向への横ぶれなどの振動成分、換言すれば、切断刃に平行な振動方向と異なる方向への横ぶれなどの振動成分が共振器に生じる。そして、共振器に生じた本来の振動方向と異なる方向への横ぶれなどの振動成分（以下、横ぶれなどの振動子の振動とは関係のない振動を「異常振動」と称する）が切断刃に印加されると、切断刃の刃厚が従来よりも非常に薄く形成されているため、対象物切断の際に切断刃に刃曲がりが生じたり、異常振動に起因した切断刃の刃先の横ぶれにより切断対象物の切断片に割れや欠けなどの不具合が生じる。また、対象物への刃先の切込角度が切断刃の横ぶれにより安定せず、切断刃の刃先の対象物への接地位置に刃先の横ぶれにより微小なずれが生じたときに、対象物に対して刃先が斜めに切込まれることによる刃曲がりが発生するおそれがあり、この場合、刃先と対象物との接地位置のずれは微小なものであるが、切断刃による対象物の切断面には大きな位置ずれが生じて切断対象物である積層体内部に設けられた配線パターンが損傷するなどの不具合が生じる。

次に、本願発明者が見出した共振器の異常振動の発生原因について説明する。従来、共振器の振動を阻害せず共振器を所定の振動数で安定して振動させるため、共振器は弾性を有する種々の振動吸収部材を介して支持手段により支持されている。例えば、図２７に示す例では、共振器５００の最小振幅点（ノーダルポイント）に相当する位置の外周面にフランジ５０１が共振器５００に一体的に形成されており、フランジ５０１がゴムなどの弾性部材により形成されたＯリング５０２を介して支持手段５０３によりクランプされることで共振器５００が支持手段５０３により支持されている。

また、図２８に示す例では、共振器６００のノーダルポイントに相当する位置の外周面にダイアフラム構造６０１が共振器６００と一体的に形成されており、ダイアフラム構造６０１が支持手段６０２によりクランプされることで共振器６００が支持手段６０２により支持されている。また、図２９に示す例では、共振器７００は無頭ねじで連結される複数のホーン７００ａおよびブースタ７００ｂにより形成されている。そして、共振器７００の最大振幅点に相当するホーン７００ａおよびブースタ７００ｂの連結位置７０１にダイアフラム７０２が嵌め込まれ、ダイアフラム７０２の外周部分が支持手段７０３によりクランプされることで共振器７００が支持手段７０３により支持されている。

このように、共振器が弾性を有する種々の振動吸収部材（Ｏリング５０２、ダイアフラム構造６０１、ダイアフラム７０２）を介して支持手段により支持されているため、共振器は強固に支持されておらず、横ぶれなどの異常振動が共振器に生じることを防止できない。共振器に生じる異常振動の大きさは微小なものであるが、例えば、１ｍｍ以下の位置精度で切断加工を行うときには前記異常振動の大きさは無視することができない大きさであり、横ぶれなどの前記異常振動が加わった状態の切断刃で対象物が切断されることにより前記不具合が生じる。なお、図２７ないし図２９はそれぞれ共振器の従来の支持方法の一例を示し、図２７、図２８、図２９（ａ）は一部断面図、図２９（ｂ）はダイアフラム７０２の正面図を示す。

また、切断刃が共振器にねじにより取り付けられている場合には、ねじでは切断刃を強固に共振器に固定できず、共振器から振動が印加されると切断刃に微小な横ぶれが生じる。切断刃に生じた横ぶれの大きさは微小なものであるが、例えば、１ｍｍ以下の位置精度で対象物を切断する必要があるときには切断刃に生じた横ぶれの大きさを無視することができず、切断刃に生じた横ぶれに起因して、切断片に無視できない大きさのばらつきや、切断位置に無視できない大きさのずれが生じる。そこで、上記した従来の技術では、ろう材やはんだにより切断刃を共振器に接着して一体的に取り付けることにより、共振器から振動が印加されることにより切断刃に横ぶれが生じることが防止されている。

ところが、図３０に従来の共振器の振動態様の一例を示すように、共振器８００の一方端に接続された振動子８０１の矢印８０３で示す振動方向に刃先が直交するように切断刃８０２が共振器８００の他方端に接着して取り付けられている場合、共振器８００の他方端の幅方向（図２２における紙面上の左右方向）における振幅の大きさの分布は、実線８０４で示すように、中央部分の振幅が大きく両端部分の振幅が小さい略山形状となる。したがって、切断刃８０２の幅方向における中央部分と両端部分とに印加される振動の振幅の大きさが異なるため、切断刃８０２と共振器８００との接着部分の幅方向における中央部分と両端部分とに生じる応力の大きさは大きく異なるものとなる。

このように、幅方向における中央部分と両端部分とで大きさが大きく異なる応力が切断刃８０２と共振器８００との接着部分に生じることで、切断刃８０２と共振器８００とを接着するろう材やはんだが部分的に損壊したり、最悪の場合、切断刃８０２が共振器８００から外れるという問題があった。

また、従来、切断刃の刃先とステージの載置面との傾きについては一切考慮されておらず、切断刃の刃先とステージの載置面との傾きが一致していない状態で載置面に載置された対象物が切断刃により切断されていた。したがって、対象物が切断される際の切断刃の対象物への切込量が刃先の幅方向に渡って一致しておらず、対象物への切断刃の切込量が小さい部分においても対象物を確実に切断するためには、切断の際の対象物への切断刃の押し込み量を無駄に大きくしなければならず、対象物への切断刃の切込量（押し込み量）が大きいことによる切断刃の磨耗が大きな問題となっていた。

また、従来、対象物を切断した後に切断刃の刃先が対象物が載置されたステージの載置面に接触することにより刃先が破損することを防止するため、ステージの載置面には刃先を逃がすための逃がし溝が設けられており、このような逃がし溝の溝幅は、切断刃の厚みよりも大きく形成されている。ところが、近年、切断対象物が非常に薄くなることに伴い、対象物切断の際に対象物の切断面と切断刃との間に生じる摩擦力により、対象物の切断端が切断刃による押圧方向に押し込まれて逃がし溝に嵌り込むなどの問題が生じており、技術の改善が求められていた。

この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、共振器に異常振動が生じるのを防止することで対象物を精度よく切断することのできる技術を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明にかかる超音波振動切断装置は、切断刃に振動を印加して対象物を切断する超音波振動切断装置において、一方端に振動子が接続され、該振動子の反対側の他方端の取付部に前記切断刃が取り付けられた共振器と、前記共振器を支持する支持手段とを備え、前記共振器に弾性を有する振動吸収部材が設けられておらず、前記支持手段は、前記振動子の振動に共振して超音波振動する前記共振器を、振動吸収部材を介さずに把持する把持部を有することを特徴としている。

このように構成された発明では、共振器が把持部により把持されることにより共振器が支持手段に支持されており、共振器を従来のように弾性を有する振動吸収部材を介さずに支持手段の把持部により強固に把持して支持することで、共振器の一方端に接続された振動子の本来の振動方向とは異なる方向への横ぶれなどの異常振動が共振器に生じることを防止することができる。

また、本願発明者は振動子の振動に共振する共振器の振動態様の観察を行うと共に、共振器の振動態様に関する種々の実験を繰返し行った結果、共振器に長孔を透設することにより、共振器の各部位における振動方向および振動の振幅の大きさを調整できることを見出した。本願発明者はこの知見に着目し、切断刃を共振器の取付部に取り付け、共振器の側面に少なくとも１個の長孔を透設した。このようにすれば、共振器に透設された長孔により、共振器の他方端の切断刃の幅方向における振動の振幅の大きさが調整されるため、幅方向において振幅の大きさが調整された振動を切断刃に印加することができ、適切な状態で振動が印加された切断刃により対象物を精度よく切断することができる。このとき、金属ろうや接着剤などにより切断刃を共振器の取付部に固着して取り付けるのが望ましい。

なお、本願発明者は、共振器を従来のように弾性を有する振動吸収部材を介さずに把持部により強固に把持しても、共振器の振動を阻害しない、換言すれば、共振器の固有振動数を変動させることなく共振器を強固に支持する技術について種々の検討を行った。その結果、本願発明者は、対数減衰率が大きい材質、または、音速が大きい材質が、共振器を把持する把持部の材質に適していることを見出した。すなわち、対数減衰率が大きい材質は振動を伝達しにくく、共振器の本来の振動方向とは異なる方向への異常振動が素早く吸収されるため、対数減衰率が０．０１より大きく１より小さい材質により支持手段の把持部が形成されることにより、共振器の前記異常振動が効果的に抑制されると共に、共振器の振動を阻害せずに共振器を支持できると考えられる。また、音速が大きい材質は振動の伝達速度が速く、共振器の前記異常振動が素早く放散され、音速が５９００ｍ／ｓより大きい材質により支持手段の把持部が形成されることにより、共振器の前記異常振動が効果的に抑制されると共に、共振器の振動を阻害せずに共振器を支持できると考えられる。

そこで、共振器の被把持部を把持する支持手段の把持部を、対数減衰率が０．０１より大きく１より小さい材質により形成するのが望ましい。このようにすれば、共振器と支持手段とが接触する箇所において、把持部による前記異常振動の吸収速度が速く、前記異常振動を把持部により精度よく吸収しつつ、共振器を所望の振動で安定して振動させることができる。したがって、切断刃に適切に振動を印加することができる。また、共振器の被把持部が形成される位置はノーダルポイントに限らず共振器のどの位置であってもよく、共振器の任意の位置に被把持部を設けることができるため、共振器を支持する支持手段を備える装置の装置構成を容易に変更することができる。さらに、従来のように前記振動吸収部材を介さずとも共振器を支持することができるため、支持手段の大きさを小さくしたり支持手段の個数を減らすことができ、装置の小型化や簡略化を容易に行うことができる。

また、共振器の被把持部を把持する支持手段の把持部を、音速が５９００ｍ／ｓより大きい材質により形成してもよい。このようにしても、共振器と支持手段とが接触する箇所において、把持部による前記異常振動の伝達速度が速く、前記異常振動を把持部により精度よく放散しつつ、共振器を所望の振動で安定して振動させることができる。したがって、切断刃に適切に振動を印加することができる。また、共振器の被支持部が形成される位置はノーダルポイントに限らず共振器のどの位置であってもよく、共振器の任意の位置に被把持部を設けることができるため、共振器を支持する支持手段を備える装置の装置構成を容易に変更することができる。さらに、従来のように前記振動吸収部材を介さずとも共振器を支持することができるため、支持手段の大きさを小さくしたり支持手段の個数を減少でき、装置の小型化や簡略化を容易に行うことができる。

また、本願発明者は、共振器の振動が阻害されずに支持手段により支持されるための共振器の被支持部の形状に関する種々の検討も行った。その結果、共振器の振動方向における中心軸に存在するノーダルポイントにより近い位置を支持手段により支持することが、共振器の振動を阻害せずに共振器を支持するのに有効であることを見出した。

そこで、ノーダルポイントにより近い位置を把持部により把持できるように、共振器の振動方向における中心軸に存在するノーダルポイントに相当する位置の共振器の外周面に被把持部として形成された凹状の溝を設け、凹状の溝を把持部により把持するとよい。このようにすれば、ノーダルポイントにより近い位置が把持部により把持されるため、支持手段が被把持部を把持して支持することにより共振器の振動が阻害されることがない。

また、振動が印加された状態の切断刃で対象物が切断されることにより、対象物が切断刃により切断される際の切断抵抗が低減されるため、対象物を切断する際の切断刃による対象物への加圧力をより小さくすることができる。

また、振動が印加された状態の切断刃で対象物が切断されることにより、対象物の切削屑が刃先へ付着することが抑制されるため、対象物の切削屑により構成刃先が形成されることを防止することができる。

また、共振器はポアソン比に基づく伸縮を繰り返すことにより振動するが、例えば、従来のねじによる割締め等により切断刃が共振器に取り付けられた場合、共振器の振動を忠実に切断刃に伝えることができなかった。しかしながら、上記した構成によれば、金属ろうや接着剤などにより切断刃が共振器に固着されているため、共振器の振動状態を忠実に切断刃に伝えることができる。

このとき、前記取付部が、前記共振器の他方端に形成された嵌合溝を備え、前記切断刃が、一端側縁部に刃先を有する矩形の平板状を成し、前記刃先に対向する他端側から前記嵌合溝に嵌め込まれると共に前記他端側の両側面が幅方向に渡って前記嵌合溝部分に接着されて前記共振器の前記取付部に取り付けられているのが好ましい。

また、前記切断刃の前記他端側の両側面または前記嵌合溝の両内側面に、前記幅方向に渡る凹溝が形成されているのが望ましい。

このように構成すれば、切断刃を共振器の嵌合溝に接着する際に、切断刃の他端側の両側面または嵌合溝の両内側面に幅方向に渡り形成された凹溝に、金属ろうやはんだ、熱硬化型接着剤などの接着剤が充填されるため、確実に切断刃を共振器に形成された嵌合溝に接着することができる。

また、前記取付部が、前記共振器の他方端の端面の一部を切除して形成された断面Ｌ字状段部を備え、前記切断刃が、前記共振器の振動方向と平行な前記段部の取付面に沿って固着されているとよい。

このように構成すると、切断刃は金属ろうや接着剤などにより取付面に固着すればよく、溝に切断刃を嵌め込む必要もなく切断刃の固着を容易に行えるという利点がある。しかも、取付面を平面状や曲面状にすると、これら平面状や曲面状の取付面に沿って切断刃を固着することになり、所望の切断形状に対象物を切断できるように取付面を選択することによって、さまざまな形状に対象物を切断することができる。

また、前記取付部が、前記共振器の他方端の端面の一部を切除して形成された断面Ｌ字状段部と、該段部の前記共振器の振動方向と平行な取付面との間に前記切断刃を挟持する取付台座とを備え、前記切断刃が、一端側縁部に刃先を有する平板状を成し、前記刃先以外の部分を前記取付台座に固着した状態でボルトにより前記取付面に共締めされて前記取付部に取り付けられていてもよい。

このように構成すると、取付台座に切断刃の刃先以外の部分を固着した状態で、取付台座および切断刃がボルトにより取付面に共締めされるため、より確実に切断刃を共振器に取り付けることができる。なお、切断刃の固着には、接着剤あるいは金属ろうを用いるとよい。

また、前記取付部が、一方面に前記切断刃が設けられ他方面が前記共振器の他方端に取り付けられる平板状の取付台座を備え、前記切断刃は、前記取付台座に一体的に形成され、前記取付台座の他方面が、前記共振器の他方端面に接着剤または金属ろうにより固着されていてもよい。
また、前記取付部が、一方面に前記切断刃が設けられ他方面が前記共振器の他方端に取り付けられる平板状の取付台座を備え、前記切断刃は、前記取付台座に一体的に形成され、前記取付台座にボルト挿通孔が設けられ、前記共振器の他方端面の前記ボルト挿通孔に対峙する位置に雌ねじが設けられ、前記ボルト挿通孔および前記雌ねじにボルトが挿通・螺合されて、前記取付台座が前記共振器の他方端面に取着されていてもよい。

このように構成すると、一方面に切断刃が設けられた平板状の取付台座の他方面を共振器の他方端に取り付けることで、容易に切断刃を共振器に取り付けることができる。

また、前記切断刃は、前記取付台座に一体的に形成されていてもよい。

このように構成すると、切断刃が取付台座に一体的に形成されることにより、切断刃の取付台座への取付状態が強固なものとなり、共振器の超音波振動に伴う切断刃の異常振動などを抑制することができ、切断精度の向上を図ることができる。

また、前記取付部が、一方面に前記切断刃が設けられ他方面が前記共振器の他方端に取り付けられる平板状の取付台座を備え、複数の前記取付台座がシート状部材に設けられており、前記シート状部材に設けられた前記取付台座のうちのいずれか一つが前記共振器の他方端に吸着されるようにするとよい。

このように構成すると、シート状部材に設けられた複数の取付台座のうちのいずれか一つを共振器の他方端に吸着することにより、共振器に容易に切断刃を取り付けることができる。また、共振器に吸着された取付台座の切断刃が磨耗などにより損傷した場合に、切断刃が設けられた他の取付台座を共振器の他方端に吸着することにより、共振器に取り付けられる切断刃を容易に交換することができる。

また、前記切断刃が、前記刃先に尖頭を有していてもよい。このように構成すると、切断時に切断刃に対して対象物を相対的に移動させながら切断することで、複雑な形状に対象物を切断することができる。

また、前記長孔が、前記振動子の振動方向に平行であってもよい。

このように構成すると、共振器の長孔を挟んだ各部位の振動の振幅を調整することができる。

また、前記長孔が、前記振動子の振動方向に対して傾斜していてもよい。

このように構成すると、振動子が接続された共振器の一方端側の部位では振動方向が切断刃の刃先にほぼ直交する方向である振動を、長孔を挟んだ共振器の他方端側の部位では切断刃の刃先にほぼ平行な方向への振動成分を含む振動に変換することができる。したがって、共振器から切断刃に印加される振動に刃先にほぼ平行な振動成分が加わることにより、切断刃は上下方向および左右方向に円弧を描くように振動するため、例えば、包丁における引き切りと押し切りとが組合わされた状態で対象物が切断刃により切断されるため、切断刃により対象物を切断する際の切れ味が鋭くなり、より精度よく対象物を切断することができる。

また、前記対象物が載置される載置面と、前記載置面の傾きを調整する倣い機構とを有するステージと、前記刃先が前記ステージと対向するように前記支持手段に支持された前記共振器を、前記ステージに近接または前記ステージから離間させる移動手段と、前記移動手段を制御する制御手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記移動手段により前記共振器を前記ステージに近接させることにより前記刃先を前記載置面に当接させ、前記刃先を前記載置面に当接させることによって発生させたモーメントにより前記倣い機構を可動させ、前記倣い機構を可動させることによって前記載置面の傾きを調整することにより前記刃先および前記載置面の傾きを一致させるとよい。

このように構成すれば、対象物が載置される載置面と、載置面の傾きを調整する倣い機構とを有するステージと、刃先がステージと対向するように支持手段に支持された共振器を、ステージに近接またはステージから離間させる移動手段と、倣い機構および移動手段を制御する制御手段とをさらに備えており、移動手段により共振器をステージに近接させて刃先を載置面と当接させ、倣い機構により刃先および載置面の傾きが一致するように制御手段による制御が行われるため、切断刃の刃先とステージの載置面との傾きがほぼ一致した状態で対象物を切断刃により切断することができる。

したがって、対象物が切断される際の切断刃の対象物への切込量が刃先の幅方向に渡ってほぼ一致した状態となっており、対象物を切断する際の切断刃の対象物への押し込み量を対象物を切断するのに必要な最小の量とすることができるため、切断刃が磨耗するのを抑制することができる。また、例えば、近年要求されている１ｍｍより薄い対象物を切断する場合に、切断刃の最小の押し込み量により対象物を切断することができるため、従来のように、無駄に切断刃が対象物に押し込まれる場合と比較して精度よく対象物を切断することができる。

また、前記対象物が載置される載置面を有するステージと、前記切断刃の刃先が前記ステージと対向するように前記支持手段に支持された前記共振器を、前記ステージに近接または前記ステージから離間させる移動手段と、前記移動手段を制御する制御手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記切断刃による前記対象物への加圧力が所定値で一定となるように、前記移動手段により前記共振器を前記ステージに近接させ、前記所定値は、前記切断刃の刃曲がりの大きさが、要求される切断精度の許容範囲内に収まるように設定されているのが望ましい。

本願発明者は、対象物が切断される際の切断刃の刃曲がりの原因について種々の検討を行った結果、切断刃の対象物への押し込み速度と、切断刃による対象物への加圧力が重要であることを見出した。ここで、切断刃の対象物への押し込み速度を、要求される切断精度における許容範囲内に切断刃の刃曲がりの大きさが収まる速度とする制御を行うと、切断刃の対象物への押し込み速度が必要以上に遅くなるおそれもあり、この場合、対象物の切断加工における作業効率が低下する。そこで、切断刃による対象物への加圧力が、要求される切断精度における許容範囲内に切断刃の刃曲がりの大きさが収まる所定値で一定となるように、移動手段により共振器をステージに近接させることにより、切断刃の対象物への押し込み速度は加圧力が制御されることにより自動的に変動するため、切断刃の刃曲がりが前記許容範囲内に収まる最も速い速度で切断刃の刃先が対象物に押し込まれることとなり、切断刃の刃曲がりが前記許容範囲内に収まる状態での対象物の切断加工における作業効率の向上を図ることができる。

また、前記ステージには前記載置面を有する緩衝層が設けられており、前記緩衝層は前記切断刃による切込みが可能な材質により形成されていてもよい。

このように構成すると、緩衝層は切断刃による切込みが可能な材質により形成されているため、対象物を切断する際に切断刃の刃先が載置面に達したとしても切断刃が破損することが防止される。また、対象物が切断された際に対象物が載置される緩衝層の載置面に切断刃による切込が形成されたときには、形成された切込は切断刃を逃がすための逃がし溝として機能し、しかも、切断刃により形成された切込の厚みは切断刃の厚みとほぼ同じ厚みであるため、切断の際に切断刃により押圧された対象物の切断端が切込に嵌り込むことを防止することができ、対象物が切断されることによる切断片を高精度に成形することができる。また、切断の際に、載置面に形成された切込の位置と切断刃の刃先の位置とに位置ずれが生じた場合であっても、緩衝層は切断刃による切込みが可能な材質により形成されているため、切断刃が破損することを防止することができる。

本発明によれば、共振器が把持部により把持されることにより共振器が支持手段に支持されており、共振器を従来のように弾性を有する振動吸収部材を介さずに支持手段により支持することで、共振器の一方端に接続された振動子の本来の振動方向とは異なる方向への異常振動が共振器に生じることを防止することができる。

本発明の超音波振動切断装置の第１実施形態を示す図である。 図１の要部拡大図である。 図１の共振器を示す図である。 共振器を構成するホーンの拡大図である。 図３に示す共振器が支持手段により支持された状態を示す図である。 図１の動作の一例を示すフローチャートである。 共振器の第１変形例を示す図である。 共振器の第２変形例を示す図である。 切断刃の第１変形例を示す図である。 本発明の超音波振動切断装置の第２実施形態の共振器を示す図である。 本発明の超音波振動切断装置の第３実施形態の要部拡大図である。 本発明の超音波振動切断装置の第４実施形態を示す図である。 本発明の超音波振動切断装置の第５実施形態の共振器を示す図である。 切断刃の第２変形例を示す図である。 本発明の超音波振動切断装置の第６実施形態の共振器を示す図である。 共振器の第３変形例を示す図である。 本発明の超音波振動切断装置の第７実施形態の共振器を示す図である。 本発明の超音波振動切断装置の第８実施形態を示す要部拡大図である。 本発明の超音波振動切断装置の第９実施形態の要部拡大図である。 共振器の第４変形例を示す図である。 共振器の第５変形例を示す図である。 共振器の第６変形例を示す図である。 共振器の第７変形例を示す図である。 共振器の第７変形例における取付台座の保持方法の他の例である。 本発明の超音波振動切断装置の第１０実施形態の要部拡大図である。 本発明の超音波振動切断装置の第１１実施形態の共振器を示す図である。 共振器の従来の支持方法の一例を示す。 共振器の従来の支持方法の一例を示す。 共振器の従来の支持方法の一例を示す。 従来の共振器の振動態様の一例を示す。

＜第１実施形態＞
この発明にかかる超音波振動切断装置である振動切断装置の第１実施形態について図１ないし図６を参照して説明する。図１は本発明の振動切断装置１の第１実施形態を側面から見た図である。図２は図１の要部を拡大した斜視図である。図３は図１の共振器２１を示す図である。図４は共振器２１を構成するホーン２６を天地反転した状態の拡大図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図５は図３に示す共振器２１が支持手段２４により支持されて横倒し状態にした図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。図６は図１の動作の一例を示すフローチャートである。

（装置構成）
図１に示す振動切断装置１は、一端側に刃先２３ａが形成された平板状の切断刃２３に振動を印加してステージ３の載置面３１に載置された切断の対象物を切断するものであって、共振器２１が設けられたヘッド部２と、載置面３１に切断の対象物が載置されるステージ３と、支持手段２４に支持された共振器２１を上下方向に駆動する駆動機構４（本発明の「移動手段」に相当）と、ステージ３の載置面３１に載置された対象物と共振器２１に取り付けられた切断刃２３の刃先２３ａとの相対位置を認識する位置認識手段５と、振動切断装置１の各部の制御を行う制御装置６とを備えている。

ヘッド部２は、図２に示すように、振動子２２が一方端に接続され、振動子２２の反対側の他方端に切断刃２３が取り付けられた共振器２１と、共振器２１を支持する支持手段２４とを備えている。そして、制御装置６に制御されることによる振動子２２の超音波振動に共振する共振器２１から、共振器２１の中心軸の方向に振動する超音波振動が切断刃２３に印加される。ヘッド部２の構成および動作については後で詳細に説明する。

ステージ３は、セラミックグリーンシートの積層体、半導体ウエハ、回路基板、合成樹脂による積層基板、金属板、シリコン、フェライト、石英、ガラス、セラミック、樹脂板、単層の金属薄膜、金属薄膜の積層体などの切断の対象物が載置される載置面３１と、載置面３１の傾きを調整する倣い機構３２とを備えている。また、ステージ３は、Ｘ−Ｙ方向への平行移動およびθ方向への回転移動が可能な移動軸を備え、制御装置６により制御されることにより、共振器２１に取り付けられた切断刃２３の刃先２３ａと、載置面３１に載置された対象物との相対的な位置調整を行うことができるように構成されている。

また、載置面３１には、切断の対象物を保持するための保持機構（図示省略）が設けられている。保持機構の構成としては、真空吸着機構によるものや、機械式のチャック機能よるものなど、対象物を載置面３１に保持することができる構成であればどのようなものであってもよい。また、保持機構を設けずに、載置面３１に対象物を載置するだけでもよい。

また、この実施形態では、倣い機構３２は、ステージ３の載置面３１に倣いの対象物が当接されることによる生じるモーメントにより載置面３１の傾きを倣いの対象物の傾きに倣わせるものであって、載置面３１が所定の傾きとなった状態で、制御装置６による制御に基づいて当該載置面３１の傾きを維持することができるように構成されている。すなわち、例えば共振器２１に取り付けられた切断刃２３の刃先２３ａが載置面３１に当接することにより載置面３１の傾きが刃先２３ａの傾きに倣った状態で、倣い機構３２は、制御装置６による制御に基づいて載置面３１の傾きを刃先２３ａの傾きに一致させた状態に維持することができる。

なお、倣い機構３２の構成としては、所謂、載置面３１の傾きを所定の傾きに維持することができる一般的な倣い機構であれば、上記した構成に限られず、どのような構成の倣い機構であってもよいが、例えば、圧力検出手段としても機能するピエゾ素子によりピエゾアクチュエータを形成し、載置面３１下方の少なくとも３箇所に配設されたピエゾアクチュエータそれぞれにより検出される圧力が一致するように、制御装置６によりピエゾアクチュエータを駆動することで載置面３１の傾きを調整することができる倣い機構のように、アクチュエータによる載置面３１の傾き調整を行うことができる倣い機構であってもよい。

駆動機構４は、共振器２１に取り付けられた切断刃２３の刃先２３ａがステージ３の載置面３１と対向するように支持手段２４に支持された共振器２１を、ステージ３に近接またはステージ３から離間させるものであって、駆動モータ４１とボールねじ４２とを備えている。そして、架台１１に立設された支柱１２にガイド４３ａが結合されており、駆動機構４は、フレーム４４を介して支柱１２およびガイド４３ａに連結されている。

そして、制御装置６に制御されて駆動モータ４１が回転することにより、ガイド４３ａと支持手段２４に設けられたガイド４３ｂとが摺接しつつ、ボールねじ４２に螺合された支持手段２４が上下動し、これにより、支持手段２４に支持された共振器２１がステージ３に近接またはステージ３から離間する。

また、駆動機構４は、制御装置６による制御に基づいて駆動モータ４１の駆動トルクを調整することにより、所定の加圧力で支持手段２４に支持された共振器２１をステージ３に近接させることができるように構成されている。

また、支柱１２にはリニアエンコーダ４５が設けられており、これによりヘッド部２の高さが検出されて、リニアエンコーダ４５の検出信号に基づいて制御装置６により駆動モータ４１を制御することにより、ヘッド部２の高さを調整することができる。

位置認識手段５は、２視野光学系レンズ５１と、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像手段により形成されるカメラ５２と、２視野光学系レンズ５１を水平方向および上下方向に移動する駆動部（図示省略）とを備えている。そして、位置認識手段５は、２視野光学系レンズ５１が駆動部により対向配置された載置面３１上の対象物と切断刃２３の刃先２３ａとの間に挿入されることにより、対象物に設けられた位置認識用のアライメントマークと刃先２３ａとを認識する。なお、位置認識手段５の構成としてはこれに限られず、対向配置された載置面３１上の対象物と刃先２３ａとの相対位置を認識することができれば、どのように位置認識手段５を構成してもよい。

制御装置６は、振動切断装置１全体の制御を行うための操作パネル（図示省略）を備えており、振動子２２へ印加される電圧値または電流値により算出される超音波エネルギーの大きさ、ステージ３が備える倣い機構３の自由可動状態および不可動状態の切換え、リニアエンコーダ４５の検出信号に基づく駆動モータ４１の制御、駆動モータ４１の駆動トルクの制御、位置認識手段５の移動制御、位置認識手段５の検出信号に基づくステージ３の水平方向および回転方向における移動制御などの制御を行って、ヘッド部２の図１中の矢印Ｚ方向の高さを調節したり、切断刃２３の刃先２３ａと載置面３１上の対象物との相対位置を調整する。

（ヘッド部２の構成）
次に、ヘッド部２が備える共振器２１および支持手段２４について説明する。

共振器２１は、図２および図３に示すように、ブースタ２５とホーン２６とを備え、ブースタ２５の他方端とホーン２６の一方端とが、互いの中心軸が同軸になるように無頭ねじにより連結されている。

ブースタ２５は、図３に示すように、ブースタ２５のほぼ中央の位置ｆ２と、両端位置ｆ０およびｆ４とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さに形成されている。このとき、最大振幅点から１／４波長離れた位置ｆ１およびｆ３は、それぞれ第１および第２最小振幅点に相当する。また、ブースタ２５は、位置ｆ４側から見た断面が円形である円柱状に形成されている。そして、ブースタ２５の一方端である位置ｆ０に、ブースタ２５の中心軸と同軸になるように振動子２２が無頭ねじにより接続されている。

また、図３に示すように、ブースタ２５の第１最小振幅点である位置ｆ１および第２最小振幅点である位置ｆ３におけるブースタ２５の外周面に、それぞれ凹状の溝が形成されることによりブースタ２５（共振器２１）が把持されるため被把持部２５ａが形成されている。なお、この実施形態では、図５（ｂ）に示すように、ブースタ２５の中心軸にほぼ直交する断面形状が八角形状となるように被把持部２５ａが形成されているが、断面形状が円形状やその他の多角形状となるように被把持部２５ａを形成してもよい。

ホーン２６は、図３に示すように、ホーン２６の両端位置ｆ４，ｆ６が最大振幅点となるように、共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、ホーン２６のほぼ中央の位置ｆ５が第３最小振幅点に相当する。また、図４（ａ）に示すように、ホーン２６は、直方体形状に形成されている。そして、図４（ｂ）に示すように、ホーン２６の他方端の取付部には嵌合溝２６ａが形成され、平板状の切断刃２３の刃先２３ａが形成された一端に対向する他端側の両側面には幅方向に渡る凹溝２３ｂが形成されている。そして、切断刃２３は、他端側から嵌合溝２６ａに嵌め込まれると共に、他端側の両側面が幅方向に渡って嵌合溝２６ａ部分に接着されてホーン２６に取り付けられている。

また、ホーン２６の側面には、振動子２２の振動方向であるブースタ２５およびホーン２６の中心軸方向にほぼ平行に２つの長孔２６ｂが透設されている。

このように構成された共振器２１において、振動子２２が制御装置６に制御されて超音波振動を発生し、これにより共振器２１がその中心軸方向に振動する。このとき、図４（ｃ）に太矢印で示すように、この実施形態では、ホーン２６には振動方向とほぼ平行に２つの長孔２６ｂが透設されているため、ホーン２６の長孔２６ｂを挟んだ各部位２６ｃ〜２６ｅにおける振動の位相および振幅が調整される。したがって、同図（ｃ）に実線２６ｆで示すように、振動の振幅がホーン２６の他方端の幅方向に渡ってほぼ同じ大きさとなり、幅方向に渡って振幅の大きさが調整された振動が切断刃２３に印加される。

なお、切断刃２３は、高炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度鋼、焼結高速度鋼、超硬合金、セラミックス、サーメット、工業用ダイヤモンドなどの種々の材質により形成することができ、切断対象の種類や、要求される切断片の大きさに応じて刃厚は数μｍ〜約２００μｍとなるように形成される。また、切断刃２３は、熱硬化性や熱可塑性の性質を有する樹脂接着剤や、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属ろう、はんだなどの接着材によって共振器７に接着される。また、切断刃２３の刃先２３を、化学気相成長（CVD）や物理気相成長（PVD）により、窒化チタン、炭窒化チタン、チタンアルミナイトライド、アルミクロムナイトライドなどの硬質物質によりコーティングしてもよい。

支持手段２４は、図５に示すように、基部２７とクランプ手段２８（本発明の「把持部」に相当）とを備え、クランプ手段２８でブースタ２５の被把持部２５ａを把持することにより共振器２１を支持する。

基部２７には、図２に示すように、駆動機構４のボールねじ４２に螺合するねじ穴２７ａが形成されている。

また、クランプ手段２８は、ブースタ２５に形成された２つの被把持部２５ａを把持できるように、基部２７の２ヶ所に設けられており、それぞれ、第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂを備えている。また、図５（ｂ）に示すように、第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂには、被把持部２５ａの断面形状に合わせた凹部がそれぞれ設けられている。そして、第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂの凹部で被把持部２５ａを狭持するように、被把持部２５ａを形成する凹状の溝に、基部２７に支持されたクランプ手段２８の第１部材２８ａと第２部材２８ｂとが嵌挿され、ボルト２８ｃで第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂが固定されることにより、被把持部２５ａがクランプ手段２８により把持される。

以上のように、共振器２１は、共振器２１の中心軸の方向がねじ穴２７ａとほぼ同じ方向、すなわち、共振器２１の中心軸の方向と駆動機構４による共振器２１の移動方向（図１中の矢印Ｚ方向）とがほぼ同方向となり、切断刃２３の刃先２３ａがステージ３と対向するように支持手段２４により支持される。そして、駆動機構４により基部２７が下動されることで共振器２１が一体的にステージ３に近接し、これにより、駆動機構４による加圧力が切断刃２３の刃先２３ａからステージ３の載置面３１に載置された切断の対象物に加えられて、当該対象物が切断刃２３により切断される。

なお、クランプ手段２８は、純Ｔｉ、Ｔｉ合金、ジュラルミン、双晶型制振合金の一種であるＭｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金にＮｉ、Ｆｅ等をさらに添加したＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、片状黒鉛鋳鉄、フェライト系ステンレスなど、対数減衰率が０．０１より大きく１より小さい材質、望ましくは対数減衰率０．１以上の材質により形成するとよい。

一方、Ａｌ合金であるジュラルミン、Ｔｉ合金など、対数減衰率が０．０１以下であっても、音速が５９００ｍ／ｓより大きい材質、望ましくは音速が６０００ｍ／ｓ以上の材質であれば、クランプ手段２８を形成することができる。

この実施形態では、クランプ手段２８全体が、対数減衰率および音速の両方が上記した条件を満足している双晶型制振合金（例えば、上記したＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金）により形成され、このように形成されたクランプ手段２８によりブースタ２５の被把持部２５ａが把持されて共振器２１が支持されている。

ところで、双晶型制振合金は、負荷が加えられると材料内部に双晶が発生し、負荷の大きさに応じて双晶の大きさが変化したり移動したりする材料である。また、双晶の発生と移動により運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて負荷が吸収されるため、双晶型制振合金に振動が加えられると、材料内部において振動が吸収されて、振動の伝達が抑制される。したがって、振動を抑制する材料として種々の分野で使用されている。

一方、この実施形態の振動切断装置は共振器の超音波振動を利用するものであるため、振動子２２の振動に基づく共振器２１の本来の振動と関係のない異常振動等は抑制したいが、共振器２１自体は所定の周波数で安定して振動する必要がある。そのため、双晶型制振合金を共振器２１の支持部材として使用すると共振器２１自体の振動も抑制されると推測されることから、従来、双晶型制振合金は、共振器２１を支持する支持手段の材料としては使用されなかった。

しかし、本願発明者による種々の実験の結果、双晶型制振合金を共振器２１を支持する支持手段の部材として使用すれば、共振器２１に生じた横ぶれなどの異常振動等は抑制されるが、共振器２１自体の振動は阻害されずに共振器２１が所定の周波数で安定して振動することを見出した。これは、双晶型制振合金は、いわゆる超音波の周波数帯域の振動に対して、その周波数に追随して微小な双晶を材料内部に次々と発生するためであるからと考えられる。したがって、双晶型制振合金は、超音波振動する共振器２１を支持する支持手段の部材として適している。なお、双晶型制振合金の一種であるＭｎ−Ｃｕ合金で、Ｎｉ、Ｆｅ等をさらに添加したＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金によりクランプ手段２８を形成するのが最も望ましい。

また、クランプ手段２８の材質は、双晶型制振合金に限られず、対数減衰率が０．０１〜１の範囲の材質、または、音速が５９００ｍ／ｓよりも大きい材質であれば、どのような材質を使用してもよく、少なくともクランプ手段２８の共振器２１の被把持部２５ａに接触する部分が上記した材質で形成されていれば、支持手段２４の形状、大きさなどはどのように形成してもよい。

また、共振器２１を支持する支持手段２４の構成は、図５に示すような、ブースタ２５に形成された被把持部２５ａを把持してボルト２８ｃにより固定されるクランプ手段２８に限られず、例えば、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構や、ワンタッチで取り付け可能なクランプ機構など、被把持部２５ｃを従来のように弾性を有する振動吸収部材を介さずに把持して支持できる構成であればどのようなものであってもよい。

また、共振器２１に形成される被把持部の位置は、最小振幅点ｆ１、ｆ３に限らず、共振器２１の任意の位置に被把持部を形成すればよい。また、被把持部２５ａの形状は凹形状に限られず、例えば、凸形状に形成するなど、どのような形状にして形成してもよい。

（切断動作）
次に、ステージ３の載置面３１に載置された切断の対象物を切断する動作の一例について図６を参照して説明する。

まず、制御装置６により、倣い機構３２が自由可動状態にされて、駆動機構４が駆動されることにより待機位置の共振器２１がステージに近接移動され、切断刃２３の刃先２３ａと載置面３１とが当接される。そして、刃先２３ａが載置面に３１に当接することにより発生したモーメントにより倣い機構３２が可動し、載置面３１の傾きが刃先２３ａの傾きに倣うことにより刃先２３ａの傾きと載置面３１の傾きとが一致すれば、倣い機構３２が不可動状態に制御されて載置面３１の傾きが固定される（ステップＳ１）。そして、駆動機構４が駆動されて共振器２１が上方の待機位置まで移動される。

次に、ステージ３の載置面３１にグリーンシートの積層体などの切断の対象物（ワーク）が載置され（ステップＳ２）、刃先２３ａとステージ４との間に位置認識手段５が挿入されることにより、刃先２３ａと載置面３１上の対象物との相対位置が認識されて、認識された相対位置に基づいてステージ３が駆動されることにより刃先２３ａと載置面３１上の対象物とがアライメントされる（ステップＳ３）。

そして、駆動機構４により共振器２１の下方への移動が開始され（ステップＳ４）、振動子２２に対して駆動信号が印加されることにより共振器２１の振動が開始される（ステップＳ５）。このとき、駆動機構４の駆動モータ４１の駆動トルクが制御されて、切断刃２３による載置面３１上の対象物への加圧力が所定値で一定となるように駆動機構４により共振器２１がステージ３に近接移動される（ステップＳ６）。

そして、対象物の切断が完了すれば共振器２１が上方の待機位置に移動されて、ステージ３が駆動されて対象物の位置が次の切断位置に移動される（ステップＳ８）。このとき、対象物に設定された全ての切断位置の切断が完了するまでステップＳ３〜ステップＳ７までの動作が繰返し実行され（ステップＳ８でＮＯ）、対象物の全ての切断位置の切断が完了すれば処理を終了する（ステップＳ８でＹＥＳ）。

なお、切断刃２３による載置面３１上の対象物への加圧力の大きさは、例えば、対象物の試験切断を行って対象物切断の際に生じる刃曲がりの大きさを測定することにより、切断の際に生じる刃曲がりの大きさが要求される切断精度における許容範囲内に収まるように加圧力を設定すればよい。

（共振器の第１変形例）
図７は共振器の第１変形例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分断面図である。図７（ａ）に示すように、第１変形例における共振器１２１は、直方体形状に形成されたホーン１２６により構成されており、ホーン１２６の一方端に振動子２２が接続され、振動子２２の反対側の他方端に切断刃２３が上記した実施形態と同様に取り付けられている。

また、上記した実施形態と同様に、ホーン１２６の側面には、振動子２２の振動方向であるホーン１２６の中心軸方向にほぼ平行に２つの長孔１２６ｂが透設されており、ホーン１２６の他方端での幅方向における振動の振幅の大きさが調整される。したがって、幅方向における振幅の大きさが調整された振動が切断刃２３に印加される。

また、ホーン１２６は、図３に示すホーン２６と同様に、ホーン１２６の両端位置が最大振幅点となるように共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、ホーン１２６のほぼ中央の位置が最小振幅点に相当する。また、ホーン１２６の最小振幅点であるほぼ中央の位置におけるホーン１２６の外周面には、凸状の被把持部１２６ｃが形成されている。そして、図７（ｂ）に示すように、ホーン１２６の外周面に形成された凸状の被把持部１２６ｃが、支持手段１２４によりクランプされることにより把持されて支持される。その他の構成および動作については上記した実施形態と同一であるため、その構成および動作の説明は省略する。

（共振器の第２変形例）
図８は共振器の第２変形例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分拡大図である。図８（ａ）に示すように、第２変形例における共振器２２１は、直方体形状に形成されたホーン２２６により構成されており、ホーン２２６の一方端に振動子２２が接続され、振動子２２の反対側の他方端に切断刃２３が上記した実施形態と同様に取り付けられている。

また、上記した実施形態と同様に、ホーン２２６の側面には、振動子２２の振動方向であるホーン２２６の中心軸方向にほぼ平行に２つの長孔２２６ｂが透設されており、ホーン２２６の他方端での幅方向における振動の振幅の大きさが調整される。したがって、幅方向における振幅の大きさが調整された振動が切断刃２３に印加される。

また、ホーン２２６は、図３に示すホーン２６と同様に、ホーン２２６の両端位置が最大振幅点となるように共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、ホーン２２６のほぼ中央の位置が最小振幅点に相当する。また、ホーン２２６の最小振幅点であるほぼ中央の位置におけるホーン２２６の外周面には、凹状の被把持部２２６ｃが形成されている。そして、図８（ｂ）に示すように、ホーン２２６の外周面に形成された凹状の被把持部２２６ｃが、支持手段２２４が有する部材によりクランプされて部材がねじ２２４ａにより固定されることで把持されて支持される。その他の構成および動作については上記した実施形態と同一であるため、その構成および動作の説明は省略する。

（切断刃の第１変形例）
図９は切断刃の第１変形例を示す図であって、（ａ）はホーンを天地反転した状態の斜視図、（ｂ）下面図である。なお、図９では共振器４２１の下方が上側になるように描かれている。図９（ａ），（ｂ）に示すように、この変形例における共振器４２１が備える直方体形状に形成されたホーン４２６の他方端には、下方から見た刃先１２３ａの形状が曲線状に形成された切断刃１２３が上記した実施形態と同様に取り付けられている。

このように切断刃１２３を形成することにより、金属の薄膜などを所定形状に精度よく切断することができる。

以上のように、上記した実施形態によれば、被把持部２５ａ（被把持部１２６ｃ，２２６ｃ）がクランプ手段２８（支持手段１２４，２２４）により把持されて共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）が支持手段２４（支持手段１２４，２２４）に支持されており、共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）を従来のように弾性を有する振動吸収部材を介さずに支持手段２４（支持手段１２４，２２４）により支持することで、共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）の一方端に接続された振動子２２の本来の振動方向とは異なる方向への横ぶれなどの異常振動が共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）に生じることを防止できる。

また、平板状の切断刃２３（切断刃１２３）は、刃先２３ａ（刃先１２３ａ）が形成された一端側に対向する他端側から、共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）の他方端に形成された嵌合溝２６ａに嵌め込まれると共に、切断刃２３（切断刃１２３）の他端側の両側面が幅方向に渡って嵌合溝２６ａ部分に接着されて共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）に取り付けられているが、共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）の側面には、少なくとも１個の長孔２６ｂ（長孔１２６ｂ，２２６ｂ）が透設されているため、共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）の他方端の切断刃２３（切断刃１２３）の幅方向における振動の振幅の大きさが調整されて、幅方向において振幅の大きさが調整された振動を切断刃２３（切断刃１２３）に印加することができるので、適切な状態で振動が印加された切断刃２３（切断刃１２３）により対象物を精度よく切断することができる。

また、共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）の長孔２６ｂ（長孔１２６ｂ、２２６ｂ）を挟んだ各部位の振動の位相を逆にすることができると共に、各部位の振動の振幅を適切に調整することができる。

また、切断刃２３（切断刃１２３）を共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）の嵌合溝２６ａに接着する際に、切断刃２３（切断刃１２３）の他端側の両側面に幅方向に渡り形成された凹溝２３ｂに、金属ろうやはんだ、熱硬化型接着剤などの接着剤が充填されるため、確実に切断刃２３（切断刃１２３）を共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）に形成された嵌合溝２６ａに接着することができる。

また、切断刃２３（切断刃１２３）の刃先２３ａ（刃先１２３ａ）とステージ３の載置面３１との傾きがほぼ一致した状態で対象物を切断刃２３（切断刃１２３）により切断することができ、対象物が切断される際の切断刃２３（切断刃１２３）の対象物への切込量が刃先２３ａ（刃先１２３ａ）の幅方向に渡ってほぼ一致した状態となるため、対象物を切断する際の切断刃２３（切断刃１２３）の対象物への押し込み量を対象物を切断するのに必要な最小の量とすることができ、切断刃２３（切断刃１２３）が磨耗するのを抑制することができる。

また、切断刃２３（切断刃１２３）による対象物への加圧力が、要求される切断精度における許容範囲内に切断刃２３（切断刃１２３）の刃曲がりの大きさが収まる所定値で一定となるように、駆動機構４により共振器２１（共振器１２１，２２１，４２１）をステージ３に近接させることで、切断刃２３（切断刃１２３）の対象物への押し込み速度は加圧力が制御されることにより自動的に変動するため、切断刃２３（切断刃１２３）の刃曲がりの大きさが前記許容範囲内に収まる最も速い速度で切断刃２３（切断刃１２３）が対象物に押し込まれることとなり、切断刃２３の刃曲がりが前記許容範囲内に収まる状態での対象物の切断加工における作業効率の向上を図ることができる。

＜第２実施形態＞
この発明の振動切断装置の第２実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は本発明の振動切断装置１の第２実施形態の共振器３２１を示す図である。図１０に示すように、この実施形態の共振器３２１が上記第１実施形態の共振器２１と異なる点は、共振器３２１が備えるホーン３２６の側面には、振動子２２の振動方向に対して傾斜している長孔３２６ｂが透設されている点である。その他の構成および動作は上記第１実施形態と同一であるため、以下では第１実施形態との相違点を中心に説明を行い、上記した実施形態と同一の構成および動作については、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図１０に示すように、この実施形態における共振器３２１は、直方体形状にされたホーン３２６を備えており、ホーン３２６の他方端に切断刃２３が上記第１実施形態と同様に取り付けられている。

また、ホーン３２６の側面には、振動子２２の振動方向に対して角度α（約４５°）だけ傾斜した長孔３２６ｂが透設されており、ホーン３２６の他方端での幅方向における振動の振幅の大きさおよび方向が調整される。すなわち、切断刃２３と反対側のホーン３２６の一方端側の部位では振動方向が切断刃２３の刃先２３ａにほぼ直交する矢印３２６ｃの方向である振動を、長孔３２６ｂを挟んだホーン３２６の他方端側の部位では切断刃２３の刃先２３ａにほぼ平行な矢印３２６ｄの方向への振動成分を含む振動に変換することができる。したがって、幅方向における振幅の大きさおよび方向が調整された振動が切断刃２３に印加される。

以上のように、この実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、ホーン３２６から切断刃２３に印加される振動に刃先２３ａにほぼ平行な振動成分が加わることにより、図９の一点鎖線３２６ｅで囲まれた領域の矢印で示すように、切断刃２３は上下方向および左右方向に円弧を描くように振動し、例えば、包丁における引き切りと押し切りとが組合わされた状態で対象物が切断刃２３により切断されるため、切断刃２３により対象物を切断する際の切れ味が鋭くなり、より精度よく対象物を切断することができる。

＜第３実施形態＞
この発明の振動切断装置の第３実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は本発明の振動切断装置１の第３実施形態のホーン２６およびステージ３の要部拡大図であって、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる状態を示す。図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、この実施形態のステージ３が上記第１実施形態のステージ３と異なる点は、切断対象物が載置される載置面３１ａが設けられた緩衝層３３をステージ３が備えている点である。その他の構成および動作は上記第１実施形態と同一であるため、以下では第１実施形態との相違点を中心に説明を行い、上記した実施形態と同一の構成および動作については、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、緩衝層３３は、切断刃２３による切込みが可能なポリイミドなどの樹脂材料により形成されている。そして、図１１（ｂ）に示すように、駆動機構４により切断刃２３が下動されて刃先２３ａが緩衝層３３に切込むことにより、緩衝層３３の載置面３１ａには、切断刃２３による切込３１ｂが形成されている（図１１（ｃ）参照）。

したがって、この実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、対象物が載置される緩衝層３３の載置面３１ａに切断刃２３による切込３１ｂが形成されており、切断刃２３により形成された切込３１ｂの厚みは切断刃２３の厚みとほぼ同じ厚みであるため、対象物を切断する際に切断刃２３により押圧された対象物の切断端が切込３１ｂに嵌り込むことを防止することができ、対象物が切断されることによる切断片を高精度に成形することができる。

また、切断の際に、載置面３１ａに形成された切込３１ｂの位置と切断刃２３の刃先２３ａの位置とに位置ずれが生じた場合であっても、緩衝層３３は切断刃２３による切込みが可能な材質により形成されているため、切断刃２３が破損することを防止することができる。

なお、緩衝層３３の材質は上記したものに限られず、緩衝層３３は、ポリエチレンテレフタレートや紙など、切断刃による切込みが可能な種々の材質により形成することができる。

＜第４実施形態＞
この発明の振動切断装置の第４実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は本発明の振動切断装置１の第４実施形態を示す図である。図１２に示すように、この実施形態が上記第１実施形態と異なる点は、基部２７ａにばねなどの付勢手段２７ｃを介して連結された基部２７ｂにクランプ手段２８が設けられている点である。その他の構成および動作は上記第１実施形態と同一であるため、以下では第１実施形態との相違点を中心に説明を行い、上記した実施形態と同一の構成および動作については、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図１２に示すように、基部２７ａは、基部２７ａに形成されたねじ穴（図示省略）をボールねじ４２に螺合して設けられており、制御装置６により駆動機構４が駆動制御されることにより、ボールねじ４２に羅合して設けられた基部２７ａが上下動する。また、基部２７ｂは、基部２７ｂに形成された挿通孔（図示省略）にボールねじ４２が挿通されると共に、付勢手段２７ｃを介して基部２７ａに連結されて設けられている。

付勢手段２７は、基部２７ａを除くヘッド部２の自重をキャンセルする機能を有しており、これにより、共振器２１（基部２７ｂ）は付勢手段２７により上方に牽引された状態で支持手段２４に支持される。

また、基部２７ａと基部２７ｂとの連結部分には、ロードセルなどによる圧力検出手段２９が設けられており、切断刃２３による対象物への加圧力を検出することができる。そして、制御装置６は、圧力検出手段２９の検出信号に基づいて駆動機構４を制御することにより、切断刃２３による対象物への加圧力を制御することができる。

以上のようにこの実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、圧力検出手段２９の検出信号に基づく駆動機構４のフィードバック制御を行うことで、ボールねじ４２と基部２７ａとの螺合部分に生じる摩擦力などに影響されずに、切断刃２３による対象物への加圧力を所定の加圧力に制御することができる。

＜第５実施形態＞
この発明の振動切断装置の第５実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は本発明の振動切断装置１の第５実施形態を示す図である。図１３に示すように、この実施形態が上記第１実施形態と異なる点は、取付部であるホーン２６の他方端の端面の一部が切除されて断面Ｌ字状段部２６ｍが形成され、矩形の平板状の切断刃２３１が、ホーン２６の振動方向と平行な段部２６ｍの取付面２６ｎに沿って接着剤により固着されている点であり、その他の構成および動作は上記第１実施形態と同一であるため、以下では、上記した第１実施形態と同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図１３に示すように、取付部であるホーン２６の他方端には、その端面の一部が切除されて断面Ｌ字状段部２６ｍが形成されており、段部２６ｍにおけるホーン２６の振動方向と平行な取付面２６ｎに切断刃２３１が接着剤により固着されるようになっている。このとき、切断刃２３１は、その一端側縁部の刃先２３１ａを除く他端側の片側側面が取付面２６ｎに当接された状態で接着され、ホーン２６に取付けられる。なお、切断刃２３１は、接着剤に限らず金属ろうにより固着されていてもよい。

したがって、この実施形態によれば、ホーン２６の他方端の取付部に切断刃２３１を嵌合するための溝を形成する必要がなく、接着剤などにより切断刃を取付面に簡単に取り付けることができる。

（切断刃の第２変形例）
図１４は第５実施形態における切断刃２３１の取り付けの変形例を示し、（ａ）はホーンの正面図、（ｂ）は下面図である。図１４に示すように、取付部であるホーン２６の他方端には、その端面の後側および右側の一部が切除されて断面Ｌ字状段部２６ｐが形成されている。そして、段部２６ｐにおけるホーン２６の振動方向と平行な後側の取付面２６ｑに切断刃２３１の右端部を除く部分が接着剤により固着されるとともに、切断刃２３１の右端部は、ホーン２６の他方端面の右端部に設けられホーン２６の振動方向と平行な湾曲したガイド面２６ｒを有するガイド部２６ｓのガイド面２６ｒに沿って接着剤により固着される。ここで、実際にはガイド部２６ｓを残すようにホーン２６の他方端の端面が切削等により切除されて段部２６ｐが形成される。

したがって、切断刃２３１は右端部が湾曲した状態でホーン２６に取り付けられることになり、このように湾曲した形状に対象物を切断する場合に適している。また、湾曲した切断刃２３１の端部を、切断刃２３１の端部が元の形に復元しようとする方向においてガイド部２６ｓにより保持することにより、切断刃２３１の端部を湾曲した状態に保持できるため、切断中の振動により切断刃２３１が湾曲した箇所から剥離することを防止できる。なお、図１４において、２６ｔは取付部であるホーン２６の他方端の端面前部の２箇所に形成された切欠部であり、湾曲した状態でホーン２６に取り付けられた切断刃２３１に加わる振動の振幅が刃先全体にわたって一様になるように切欠部が形成されている。なお、切断刃２３１は、接着剤に限らず金属ろうにより固着されていてもよい。

＜第６実施形態＞
この発明の振動切断装置の第６実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は本発明の振動切断装置１の第６実施形態を示す図である。図１５に示すように、この実施形態が上記第５実施形態と異なる点は、切断刃２３１を刃先２３１ａ以外の部分を取付台座２６ｕに接着した状態で、切断刃２３１が、ボルトにより段部２６ｍの取付面２６ｎに共締めされてホーン２６に取り付けられている点であり、その他の構成および動作は上記第５実施形態と同一であるため、以下では第５実施形態と同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。なお、図１５はホーン２６の他方端付近を天地反転した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部を分解した斜視図である。

図１５に示すように、取付部であるホーン２６の他方端の端面に形成された段部２６ｍのホーン２６の振動方向と平行な取付面２６ｎとの間に切断刃２３１を挟持する取付台座２６ｕが設けられ、切断刃２３１の刃先２３１ａ以外の部分が、取付台座２６ｕの取付面２６ｎに対向する面側に接着剤により接着され、接着状態の切断刃２３１および取付台座２６ｕに連通するボルト挿通孔２６ｖが複数個（ここでは３個）形成されるとともに、取付面２６ｎの各ボルト挿通孔２６ｖに対峙する位置に雌ねじ２６ｗが形成され、各ボルト挿通孔２６ｖおよび雌ねじ２６ｗにボルト（図示せず）が挿通・螺合されて、切断刃２３１の刃先２３１ａ以外の部分が取付台座２６ｕに接着された状態でボルトにより取付面２６ｎに共締めされて取り付けられている。なお、切断刃２３１は、接着剤に限らず金属ろうにより固着されていてもよい。また、図１５では取付台座２６ｕの側面からボルトが挿通される例を説明したが、ボルトはホーン２６の段部２６ｍに螺合して取付台座２６ｕをホーン２６に固着するようにしてもよく、この場合には、取付台座２６ｕに固着された切断刃２３１にボルト挿通孔を形成する必要がない。

したがって、上記した実施形態によれば、取付台座２６ｕに切断刃２３１の刃先２３１ａ以外の部分を接着した状態で、取付台座２６ｕおよび切断刃２３１がボルトにより取付面２６ｎに固着されるため、より確実に切断刃２３１をホーン２６に取り付けることができる。

（共振器の第３変形例）
図１６は第６実施形態におけるホーン２６の第３変形例を示す図であって、（ａ）はホーン２６の他方端付近を天地反転した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部を分解した斜視図である。図１６に示すように、取付台座２６ｕの左側面に冷却風の送風路２６ｘを形成し、この送風路２６ｘと、取付台座２６ｕの下面に形成され、切断刃２３１の刃先２３１ａ近辺に冷却風を吹き出す複数個（ここでは４個）の吹出孔２６ｚとを連通する送風路２６ｙを形成してもよい。こうすると、図示しない送風源から送風路２６ｘ（２６ｙ）に冷却風を送り込み、各吹出孔２６ｚから刃先２３１ａに向かって冷却風を送風することにより、切断時の摩擦によって温度上昇した切断刃２３１の刃先２３１ａを冷却することができ、温度上昇に起因した切断刃２３１の破損・磨耗・変質を抑制して切断刃２３１の長寿命化を図ることができ、切断効率の低下を抑制することができる。なお、このとき吹出孔２６ｚから吹き出される冷却風を効率よく切断刃２３１に当てるために、送風路２６ｙの吹出孔２６ｚ側が切断刃２３１側に近づくように、送風路２６ｙの吹出孔２６ｚに近い部分のみあるいは送風路２６ｙ全体を傾斜して形成してもよい。また、このような冷却手法は上記した第１〜第５実施形態におけるホーンに適用することも可能である。また、送風路２６ｘ，２６ｙおよび吹出孔２６ｚをホーン２６の本体側に設けてもよい。また、吹出孔２６ｚを介して送風路２６ｘ，２６ｙから吸引を行うことにより、対象物を切断した際の切断屑やごみや塵などを吸引して除去することもできる。

＜第７実施形態＞
この発明の振動切断装置の第７実施形態について図１７を参照して説明する。図１７は本発明の振動切断装置１の第７実施形態を示す図である。図１７に示すように、この実施形態が上記第１実施形態と異なる点は、切断刃２３の刃先２３ａの先端部分に尖った尖頭２３ａ１を設けた点である。

したがって、上記した実施形態によれば、切断時に切断刃２３に対して対象物を相対的に移動させながら切断することで、複雑な形状に対象物を切断することができ、微細な形状の切断も可能になる。また、切断刃２３の刃先２３ａの対象物に対する上下位置を変更することにより、刃先２３ａの実際の使用箇所を変えることができるため、刃先２３ａを多数の領域に分けて使用することが可能になり、切断刃２３の使用寿命を延ばすことができる。なお、刃先２３ａに尖頭２３ａ１を有しない矩形平板状の切断刃２３であっても切断刃２３を対象物に対して傾斜させた状態で切断することにより、上記した切断刃２３の長寿命化と同等の効果を得ることもできる。

＜第８実施形態＞
この発明の振動切断装置の第８実施形態について図１８を参照して説明する。図１８は本発明の振動切断装置１の第８実施形態を示す要部拡大図である。図１８に示すように、この実施形態が上記した第１実施形態と異なる点は、切断刃２３のθ方向における刃先２３ａの向きを調整するためのレバー１００が、クランプ手段２８に形成された貫通穴を介して共振器２１に取り付けられている点であり、その他の構成および動作は上記した第１実施形態と同一であるため、以下では第１実施形態と同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

このように構成すると、クランプ手段２８のボルト２８ｃを緩めた状態でレバー１００をθ方向に回動することで、切断刃２３のθ方向における刃先２３ａの向きを調整することができるため、刃先２３ａの向きと、ステージ３に載置された切断対象物との向きとを容易に微調整することができる。そして、刃先２３ａの向きと、ステージ３に載置された切断対象物の向きとの微調整が完了すれば、クランプ手段２８のボルト２８ｃを再度締付けて共振器２１を把持するとよい。なお、この実施形態では、レバー１００を手動で回動するように構成したが、油圧シリンダやモータなどのアクチュエータによりレバー１００を回動するようにしてもよい。

＜第９実施形態＞
この発明の振動切断装置の第９実施形態について図１９を参照して説明する。図１９は本発明の振動切断装置１の第９実施形態を示す図であって、（ａ）は要部拡大図、（ｂ）はホーン２６の他方端付近を天地反転した状態を示し、（ｃ）はステージ３および切断刃３３１付近の一部切断拡大図である。図１９に示すように、この実施形態が上記第６実施形態と異なる点は、取付部としての取付台座１２６ｕが平板状に形成されており、取付台座１２６ｕの一方面に切断刃３３１が設けられ、取付台座１２６ｕが、ホーン２６の他方端面に設けられた取付溝１２６ｍに他方面側から埋没した状態で取り付けられている点である。

また、取付台座１２６ｕの一方面に設けられた切断刃３３１は、その刃先３３１ａが所定の輪郭形状を有するように形成されている。したがって、切断刃３３１で、例えばシート状の切断対象物を切断することで、当該シート状切断の対象物を所定の輪郭形状に切り抜くことができる。その他の構成および動作は上記第６実施形態と同一であるため、以下では同一符号および相当符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図１９（ｂ），（ｃ）に示すように、切断刃３３１は、一端縁部に刃先３３１ａを有する筒状を成し、刃先３３１ａに対向する他端側から、取付台座１２６ｕの一方面に設けられた嵌合溝（図示省略）に嵌め込まれると共に、接着剤や金属ろうなどにより固着されて取り付けられている。そして、ホーン２６の他方端面には、平板状の取付台座１２６ｕとほぼ同形状を成す取付溝１２６ｍが設けられており、切断刃３３１が取り付けられた取付台座１２６ｕが、接着剤や金属ろうなどにより取付溝１２６ｍに埋没した状態で固着されて、切断刃３３１がホーン２６の他方端に取り付けられる。

また、図１９（ａ）に示すように、この実施形態では、接着・絶縁の機能を同時に有するフィルム状接続材料であるＮＣＦ（Non Conductive Film）４００が切断対象物として、切断刃３３１の刃先３３１ａが有する輪郭形状に切り抜かれる。ＮＣＦ４００は、両面がポリエステルやポリエチレンなどにより形成される離型フィルム４０１，４０２により保護された状態でリール（図示省略）に巻回されて保持されており、送りローラー４０３および従動ローラー４０４に狭持されることで、必要な分だけリールからステージ３の位置に送り込まれる。

また、図１９（ａ）に示すように、ＮＣＦ４００の上面を保護する離型フィルム４０２は押さえローラー４０５の位置で剥離されることにより、ステージ３の載置面３１上には、上面側の離型フィルム４０２のみが剥離された状態のＮＣＦ４００が配置される。そして、駆動機構４により切断刃３３１を下降することで、ＮＣＦ４００が切断刃３３１の刃先３３１ａが有する所定の輪郭形状に切り抜き加工される。

切り抜き加工されたＮＣＦ４００は、送りローラー４０３および従動ローラー４０４によりステージ３の位置から移動され、送りローラー４０３および従動ローラー４０４の位置において、ＮＣＦ４００と離型フィルム４０１とが剥離されることにより、ＮＣＦ４００の切断物が離型フィルム４０１上に残った状態となる。そして、取り出し位置Ｐにおいて、下面側の離型フィルム４０１上に残っているＮＣＦ４００の切断物が取り出されて切断処理が終了する。なお、ＮＣＦ４００の下面側が離型フィルム４０１により保護された状態で切断処理が行われることにより、ＮＣＦ４００を切断した切断刃３３１の刃先３３１ａは、離型フィルム４０１に切込むことにより保護されるため、ステージ３の載置面３１に緩衝材などの刃先３３１ａの保護部材を設ける必要がない。

また、シート状の切断の対象物としてＮＣＦ４００を切断したが、切断の対象物としてはこれに限られるものではなく、Ｃｕ等の金属箔など、切抜きが可能なシート状の部材であればどのようなものであってもよい。

以上のように、この実施形態では、上記した第６実施形態と同様の効果を奏することができ、一方面に切断刃３３１が設けられた平板状の取付台座１２６ｕの他方面をホーン２６の他方端に取り付けることで、容易に切断刃３３１をホーン２６（共振器）に取り付けることができる。

なお、この実施形態では、切断刃３３１を、取付台座１２６ｕの一方面に設けられた嵌合溝に嵌め込むことにより取り付けたが、切断刃３３１は、取付台座１２６ｕに一体的に形成されていてもよい。このように構成すると、切断刃３３１が取付台座１２６ｕに一体的に形成されることにより、切断刃３３１の取付台座１２６ｕへの取付状態が強固なものとなり、ホーン２６の超音波振動に伴う切断刃３３１の異常振動などを抑制することができ、切断精度の向上を図ることができる。

（共振器の第４変形例）
図２０は第９実施形態におけるホーン２６の第４変形例を示す図であって、（ａ）下面図、（ｂ）はホーン２６を天地反転した状態の一部切断正面図、（ｃ）はホーン２６を天地反転した状態の一部切断側面図である。この第４変形例では、上記した取付台座１２６ｕよりも大判に形成された平板状の取付台座２２６ｕに切断刃３３１が取り付けられており、切断刃３３１は、取付台座２２６ｕがホーン２６の他方端面に接着剤や金属ろうにより固着されることでホーン２６の他方端に取り付けられている。その他の構成は、上記第９実施形態と同様の構成であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。

（共振器の第５変形例）
図２１は第９実施形態におけるホーン２６の第５変形例を示す図であって、（ａ）は下面図、（ｂ）はホーン２６を天地反転した状態の正面から見た断面図、（ｃ）はホーン２６を天地反転した状態の側断面図である。

この第５変形例では、ホーン２６の取付溝１２６ｍの底面に設けられた吸着孔４１０と、ホーン２６の側面に設けられた吸引孔４１１とを連通する吸引穴４１２がホーン２６に形成されている。そして、図示省略された吸引手段により吸引孔４１１から吸引を行うことで、切断刃３３１が設けられた取付台座１２６ｕがホーン２６の取付溝１２６ｍに吸着されて取り付けられる。

このように構成すると、切断刃３３１が取り付けられた取付台座１２６ｕをホーン２６の他方端面に形成された取付溝１２６ｍに吸着することにより、ホーン２６に容易に切断刃３３１を取り付けることができる。また、ホーン２６に吸着された取付台座１２６ｕに設けられた切断刃３３１が磨耗などにより劣化した場合に、新しい切断刃３３１が設けられた取付台座１２６ｕを取付溝１２６ｍに吸着することにより、簡単に切断刃３３１を交換することができる。

なお、ホーン２６の他方端面に取付溝１２６ｍを設けずに、当該ホーン２６の他方端面に直接取付台座１２６ｕを吸着してもよい。その他の構成は、上記第９実施形態と同様の構成であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。

（共振器の第６変形例）
図２２は第９実施形態におけるホーン２６の第６変形例を示す図であって、（ａ）は下面図、（ｂ）はホーン２６を天地反転した状態の正面から見た断面図、（ｃ）はホーン２６を天地反転した状態の側断面図である。この第６変形例では、上記した取付台座１２６ｕよりも大判に形成された平板状の取付台座２２６ｕに切断刃３３１が取り付けられている。
また、取付台座２２６ｕの切断刃３３１の両側にはボルト挿通孔４２０が設けられ、ホーン２６の他方端面のボルト挿通孔４２０に対峙する位置に雌ねじ４２１が設けられている。

そして、各ボルト挿通孔４２０および雌ねじ４２１にボルト（図示省略）が挿通・螺合されて、取付台座２２６ｕがホーン２６の他方端面に取着されることにより切断刃３３１がホーン２６に取り付けられている。このように構成すると、ホーン２６に取り付けられた取付台座２２６ｕに設けられた切断刃３３１が磨耗などにより劣化した場合に、新しい切断刃３３１が設けられた取付台座２２６ｕをボルトにより取り付けることで、簡単に切断刃３３１を交換することができる。その他の構成は、上記第９実施形態と同様の構成であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。

（共振器の第７変形例）
図２３は第９実施形態におけるホーン２６の第７変形例を示す図であって、（ａ）は下面図、（ｂ）はホーン２６を天地反転した状態の正面から見た断面図、（ｂ）はホーン２６を天地反転した状態の側断面図である。

この第７変形例では、ホーン２６の他方端面に設けられた吸着孔４１０と、ホーン２６の側面に設けられた吸引孔４１１とを連通する吸引穴４１２がホーン２６に形成されている。また、切断刃３３１が設けられた複数の取付台座１２６ｕがＰＥＴフィルムなどにより形成されるシート状の保持部材４３０に保持されており、図示省略された吸引手段により吸引孔４１１から吸引を行うことで、保持部材４３０に設けられた取付台座１２６ｕのうちのいずれか一つが、シート状の保持部材４３０の裏面側からホーン２６の他方端に吸着される。

また、図２４に示すように、取付台座３２６ｕの外周にフランジ部３２６ｕ１を設け、フランジ部３２６ｕ１を、シート状の保持部材４３０に形成された保持孔４３０ａの外周に係止させることにより取付台座３２６ｕを保持するようにしてもよい。なお、図２４は、共振器の第７変形例における取付台座の保持方法の他の例である。

このように構成すると、シート状の保持部材４３０に設けられた複数の取付台座１２６ｕ，３２６ｕのいずれか一つをホーン２６の他方端に吸着することにより、ホーン２６に容易に切断刃３３１を取り付けることができる。また、ホーン２６に吸着された取付台座１２６ｕ，３２６ｕの切断刃３３１が磨耗などにより損傷したり、劣化した場合に、新しい切断刃３３１が設けられた他の取付台座１２６ｕ，３２６ｕをホーン２６の他方端に吸着することにより、ホーン２６に取り付けられる切断刃３３１を容易に交換することができる。その他の構成は、上記第９実施形態と同様の構成であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。

＜第１０実施形態＞
この発明の振動切断装置の第１０実施形態について図２５を参照して説明する。図２５は本発明の振動切断装置１の第１０実施形態の要部拡大図であって、（ａ）は切断の対象物が切断刃３３１の下方に配置された状態を示し、（ｂ）は切断の対象物が切断された状態を示す図である。図２５に示すように、この実施形態が上記第９実施形態と異なる点は、取付台座１２６ｕの切断刃３３１の取付面に、スポンジやばねなどの弾性部材により形成された押さえ部材４４０が設けられている点である。その他の構成および動作は上記第９実施形態と同一であるため、以下では同一符号および相当符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

この実施形態では、切断の対象物として、例えば銅箔４０６がＰＥＴフィルム４０７に貼着されたシート状の部材が切断刃３３１により切断される。すなわち、図２５（ａ）に示すように、銅箔４０６（ＰＥＴフィルム４０７）が、切断刃３３１の下方のステージ３の載置面３１上に配置された状態で、駆動機構４により切断刃３３１が下降されると、まず最初に押さえ部材４４０が銅箔４０６に接触する。図２５（ｂ）に示すように、押さえ部材４４０が有する弾性力に抗しつつさらに切断刃３３１を下降させると、押さえ部材４４０が圧縮されると共に、切断刃３３１の刃先３３１ａが押さえ部材４４０から突出して銅箔４０６が切断される。

そして、銅箔４０６が切断された後、駆動機構４により切断刃３３１を上昇させるときに、銅箔４０６が押さえ部材４４０によりステージ３側に押圧されつつ切断刃３３１が上昇する。したがって、切断刃３３１の刃先３３１ａが有する所定の輪郭形状に切り抜かれた銅箔４０６を確実にステージ３上に残すことができ、切り抜かれた銅箔４０６が切断刃３３１の内側に嵌り込むことを防止することができる。

なお、銅箔４０６が切断される際に、切断刃３３１の刃先３３１ａはＰＥＴフィルム４０７に切込むことにより保護されるため、ステージ３の載置面３１に緩衝材などの刃先３３１ａの保護部材を設ける必要がない。

＜第１１実施形態＞
この発明の振動切断装置の第１１実施形態について図２６を参照して説明する。図２６は本発明の振動切断装置の第１１実施形態の共振器を示す図であって、（ａ）は下面図、（ｂ）はホーン２６を天地反転した状態の正面から見た断面図、（ｃ）はホーン２６を天地反転した状態の側断面図である。図２６に示すように、この実施形態が上記した第９実施形態と異なる点は、ホーン２６に切断刃２２３が一体的に形成されることにより、刃先２２３ａを有する切断刃２２３がホーン２６の他方端の取付部に取り付けられている点である。その他の構成および動作は上記第９実施形態と同一であるため、以下では同一符号および相当符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば上記した実施形態ではホーンに２つの長孔が形成されているが、少なくとも１つの長孔が共振器に形成されていればよく、共振器の構成に基づいて、切断刃２３，１２３に適切に振動が印加されるように長孔の大きさおよび数、長孔の形成方向などの構成を適宜調整すればよい。

また、上記した実施形態では、切断刃２３に超音波振動を印加しているが、切断刃２３，２３１に印加される振動としては超音波振動に限られず、低周波振動や、例えば約１００Ｈｚの低周波振動と超音波振動とが重畳された振動などを切断刃２３，２３１に印加してもよい。このように、切断刃２３，２３１に低周波振動を印加することにより、対象物の切屑などが切断刃２３に付着しにくくなる。

また、共振器の３箇所以上の位置が支持手段により支持されるようにしてもよく、少なくとも、クランプ手段（把持部）の被把持部に接触する部分を上記した材質で形成するとよい。また、共振器の形状、材質、大きさ等は、上記した例に限られず、どのようなものであってもよい。

また、上記した実施形態では、駆動機構４の駆動モータ４１により共振器を移動するように構成されているが、エアシリンダによる流体圧力を利用したアクチュエータや、リニアモータなどにより共振器を移動するようにしてもよい。

また、上記した実施形態では、平板状の切断刃２３（切断刃１２３）の刃先２３ａ（刃先１２３ａ）が形成された一端に対向する他端側の両側面に幅方向に渡る凹溝２３ｂが形成されているが、ホーンの他方端に形成された嵌合溝の両内側面に幅方向に渡る凹溝を形成することにより、切断刃２３（切断刃１２３）を他端側から嵌合溝に嵌め込み、切断刃２３（切断刃１２３）の他端側の両側面を幅方向に渡って嵌合溝部分に接着して切断刃２３（切断刃１２３）をホーンに取り付けてもよい。また、切断刃の他端側の両側面およびホーンの他方端に形成された嵌合溝の両内側面の両方に幅方向に渡る凹溝を形成してもよい。

また、図示はしていないが、ホーンの他方端に回転自在に保持された短円柱状の回転保持手段を設け、該回転保持手段の周面にリング状の切断刃を取り付けてもよい。こうすると、切断刃に超音波振動を加えつつ切断刃を回転させることにより、所望の形状に対象物を切断加工することができる。

また、上記した第９ないし第１１実施形態において、共振器の他方端面に所定の輪郭形状の刃先を有する切断刃を取着するときに、当該切断刃の幅方向および奥行き方向の大きさ（平面視における面積）が、共振器の他方端面の面積と比較して十分に小さく、切断刃に印加される振動の振幅の大きさが、切断刃の全体において大きく異なることがない場合には、必ずしも共振器に長孔を設ける必要はない。

そして、切断刃に振動を印加して対象物を切断する技術に本発明を広く適用することができる。

１ 振動切断装置
３ ステージ
４ 駆動機構（移動手段）
６ 制御装置（制御手段）
２１，１２１，２２１，３２１，４２１ 共振器
２２ 振動子
２３，１２３，２２３，２３１，３３１ 切断刃
２３ａ，１２３ａ，２２３ａ，２３１ａ，３３１ａ 刃先
２３ａ１ 尖頭
２３ｂ 凹溝
２４ 支持手段
２５ａ，１２６ｃ，２２６ｃ 被把持部
２６ａ 嵌合溝
２６ｂ，１２６ｂ，２２６ｂ，３２６ｂ 長孔
２６ｍ，２６ｐ 段部
２６ｎ，２６ｑ 取付面
２６ｕ，１２６ｕ，２２６ｕ，３２６ｕ 取付台座
２８ クランプ手段（把持部）
３１，３１ａ 載置面
３１ｂ 切込
３２ 倣い機構
３３ 緩衝層
４３０ 保持部材（シート状部材）

Claims (7)

1. 切断刃に振動を印加して対象物を切断する超音波振動切断装置において、
   一方端に振動子が接続され、該振動子の反対側の他方端の取付部に前記切断刃が取り付けられた共振器と、
   前記共振器を支持する支持手段とを備え、
   前記共振器に弾性を有する振動吸収部材が設けられておらず、
   前記支持手段は、前記振動子の振動に共振して超音波振動する前記共振器を、振動吸収部材を介さずに把持する把持部を有することを特徴とする超音波振動切断装置。
2. 前記対象物が載置される載置面を有するステージと、
   前記切断刃の刃先が前記ステージと対向するように前記支持手段に支持された前記共振器を、前記ステージに近接または前記ステージから離間させる移動手段と、
   前記移動手段を制御する制御手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記切断刃による前記対象物への加圧力が所定値で一定となるように、前記移動手段により前記共振器を前記ステージに近接させ、前記所定値は、前記切断刃の刃曲がりの大きさが、要求される切断精度の許容範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動切断装置。
3. 前記ステージは、前記載置面の傾きを調整する倣い機構を有し、
   前記制御手段は、
   前記移動手段により前記共振器を前記ステージに近接させることにより前記刃先を前記載置面に当接させ、前記刃先を前記載置面に当接させることによって発生させたモーメントにより前記倣い機構を可動させ、前記倣い機構を可動させることによって前記載置面の傾きを調整することにより前記刃先および前記載置面の傾きを一致させることを特徴とする請求項２に記載の超音波振動切断装置。
4. 前記ステージには前記載置面を有する緩衝層が設けられており、
   前記緩衝層は前記切断刃による切込みが可能な材質により形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の超音波振動切断装置。
5. 前記取付部が、一方面に前記切断刃が設けられ他方面が前記共振器の他方端に取り付けられる平板状の取付台座を備え、
   前記切断刃は、前記取付台座に一体的に形成され、
   前記取付台座の他方面が、前記共振器の他方端面に接着剤または金属ろうにより固着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波振動切断装置。
6. 前記取付部が、一方面に前記切断刃が設けられ他方面が前記共振器の他方端に取り付けられる平板状の取付台座を備え、
   前記切断刃は、前記取付台座に一体的に形成され、
   前記取付台座にボルト挿通孔が設けられ、前記共振器の他方端面の前記ボルト挿通孔に対峙する位置に雌ねじが設けられ、
   前記ボルト挿通孔および前記雌ねじにボルトが挿通・螺合されて、前記取付台座が前記共振器の他方端面に取着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波振動切断装置。
7. 前記取付部が、一方面に前記切断刃が設けられ他方面が前記共振器の他方端に取り付けられる平板状の取付台座を備え、
   複数の前記取付台座がシート状部材に設けられており、前記シート状部材に設けられた前記取付台座のうちのいずれか一つが前記共振器の他方端面に吸着されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波振動切断装置。

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