JP6441133B2 - 超音波加工装置用工具ホーン - Google Patents

Description

本発明は、先端に取り付けた工具を超音波振動させることで、この工具と接触するワークを加工する超音波加工装置に関し、特に超音波加工装置の超音波振動子からの超音波振動を前記工具に伝達する超音波加工装置用工具ホーンに関するものである。

従来、カッター刃等の工具を超音波振動させることで当該工具と接触するワークを容易かつ効率的に加工することのできる超音波加工装置が広く使用されている。この種の超音波加工装置は、工具を超音波振動させることで、紙、革、合成樹脂、ゴム、木材等の被切断材料等との切断抵抗を大きく低下させ、当該被切断材料等を強く押圧しなくても容易かつ効率的に切断できるという優れた機能を備える。

一般的な超音波加工装置は、超音波振動の発生源である超音波振動体を備えた超音波振動子と、ワークと直接接触する工具と、当該工具を先端部に装着し前記超音波振動子からの超音波振動を工具に伝達する工具ホーンとから構成されている。前記各構成部品は、それらの中心軸が超音波振動体の中心軸上にくるよう直列的に配置されており、これによって超音波振動体の中心軸方向に沿って、工具を含む超音波加工装置全体を効率的に伸縮・振動させる構造となっている。

ところで、上記超音波加工装置においては、その工具が、前記超音波振動体の中心軸方向に振動するだけでなく、この中心軸と直交する方向にも振動（横振れ）してしまうという現象が確認されている。そして工具の横振れが生じると、ワークの切断機能が低下したり、異音が発生したり、工具寿命が短くなったりする等の問題が生じる。

前記横振れの原因は、工具ホーン先端の工具取付部に、固定用ネジによって工具を装着した状態（工具装着状態）において、工具取付部近傍の重量配分や形状が前記中心軸に対して不均衡、特に薄板状の工具の板面（その中心面）に対してその上下の部分の重量配分や形状が非対称となることが原因であることが、本願発明者の実験によって確認されている。

この点について詳述すると、薄板状の工具は、工具ホーン先端の工具取付部に設けられたスリットに挿入され、固定用ネジを用いて締め付けられ挟持される。ここで、前記固定用ネジには、これを回転等するための頭部が設けられている。このため固定用ネジの頭部を取り付けた側が重くなり、また頭部が工具取付部の表面から突出する等のためにその形状が不均衡になる。そして重量配分や形状が不均衡な状態で、工具を所定の加速度で超音波振動させると、工具取付部の工具を挟んだその両側部分の伸縮長さが異なってしまい、この結果、工具に横振れが生じる。

前記横振れの問題を解消するために、本願特許出願人は、特許文献１において、固定用ネジの頭部内に空間領域を設け、これによって頭部の重量を軽減し、これによって前記工具取付部近傍の重量配分の不均衡状態を改善した。

特開２０１０−１６７５３５号公報

しかしながら、上記固定用ネジの頭部の重量を軽減するだけでは、工具取付部近傍部分の重量配分及び形状の不均衡状態を改善するのに限界があった。即ち、固定用ネジの頭部に空間領域を設けて重量配分を均衡させたとしても、この固定用ネジの頭部は工具取付部の表面から突出していて中心軸に対して対称な形状ではない。例えば固定用ネジの頭部が突出していると、超音波振動時に前記頭部が往復する際に生じる慣性力等による影響が工具取付部の伸縮長さに影響を与え、超音波振動時の全体の振動バランスを乱してしまう。

このため、工具の超音波振動による振幅（伸縮長）が比較的小さい場合は横振れも小さいので問題ないが、前記振幅を従来よりも大きくしようとしたような場合は、工具の横振れが大きくなってしまうという問題があった。振幅を大きくできないと、より厚みのあるワークの切断などができない。また超音波振動時の全体の振動バランスが精密に均一でないと、工具の材質として従来から用いられている超硬合金、ハイス鋼、ステンレス鋼等の金属材料の代りに、脆さのあるセラミック系の材料を用いたくても割れ等が発生する恐れがあるため、これを用いることができなかった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、超音波振動時の振動バランスを精密に均一化でき、これによって従来より超音波振動の振幅を大きくしても工具の横振れが生じず、また材質としてセラミック等からなる工具を用いても割れ等が発生しない超音波加工装置用工具ホーンを提供することにある。

本発明は、先端部に工具取付部を備え、この工具取付部に取り付けた工具に超音波振動子からの超音波振動を伝達する超音波加工装置用工具ホーンにおいて、前記工具の前記工具取付部への取り付けは、前記工具取付部の先端に設けたスリットに前記工具の一端部分を挿入すると共に、この工具取付部の前記スリットを挟んだその両側の工具取付片にそれぞれ設けた取付穴に、一方に頭部を有する固定用ネジを挿入して締め付け、これによって前記工具を前記両工具取付片で挟持して行い、前記締め付けた固定用ネジの頭部の一部は、当該頭部が存する側の前記工具取付片の表面から突出しており、一方、前記両工具取付片の内の前記固定用ネジの頭部が存する側とは反対側の工具取付片の前記取付穴を設けた位置よりもこの工具取付片の根元側の外周面に、超音波振動の振動方向に直交する方向であって且つ前記スリットの面と平行な方向に向けて溝状に切り欠くことでこの工具取付片の厚みを薄くして、この工具取付片の超音波振動方向の剛性を低下させる剛性調節部を設けることで、両工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にしたことを特徴としている。
固定用ネジの頭部が取り付く側の工具取付片と、もう一方の工具取付片とを比較した場合、前記頭部による重量増加及び頭部が突出している形状の点から、前記頭部が取り付く側の工具取付片の方が、もう一方の工具取付片よりも、超音波振動時の振動の振幅が長くなる。そこでこの発明では、頭部が取り付かない側の工具取付片に剛性調節部を設け、これによって剛性調節部を設けた部分の工具取付片の厚みを薄くしてその部分の剛性を弱くし、その分超音波振動時の振動の振幅を長くし、これによって両工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にした。これによって、従来より超音波振動の振幅を大きくしても横振れが生じず、また材質としてセラミック等からなる工具を用いても割れ等が発生しない。剛性調節部は、工具取付片の外周面を切り欠くという簡単な加工で形成でき、また容易且つ精密に工具取付片の剛性の調整を行うことができる。
また本発明は、前記スリットの根元部分にスリットの隙間寸法を大きくしてなる大径部を設け、この大径部の近傍に前記剛性調節部を設けたことを特徴としている。

また本発明は、前記剛性調節部が、前記スリットの中心面内で、前記超音波振動の振動方向に直交する方向から見て、円弧凹状に形成されていることを特徴としている。
剛性調節部を円弧凹状に形成したので、超音波振動時に、剛性調節部中の所定の部分のみに応力が集中することを防止でき、この超音波加工装置用工具ホーンの耐久性を向上することができる。また、剛性調節部は円弧状なので、その加工は容易に行える。

また本発明は、前記両工具取付片の内の前記固定用ネジの頭部が存する側の工具取付片の外周面に、前記固定用ネジの頭部を当接する面取り部を設け、この面取り部を設けた工具取付片の超音波振動時の伸縮長さと、前記剛性調節部を有する側の工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にしたことを特徴としている。
面取り部を設けることで、固定用ネジの工具取付部への取付作業を容易に行うことができる。一方、面取り部を設けた側の工具取付片は、その分、重量が軽くなるが、一方で剛性が弱くなるので、やはりもう一方の工具取付片よりも超音波振動時の伸縮長さが長くなる傾向にある。そのため、この場合も、もう一方の工具取付片に剛性調整部を設けることが効果的である。即ち、面取り部を設けることで、固定用ネジの取付作業が容易且つ確実に行えるようになると同時に、剛性調節部を設けることによって、両工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを容易に同一にすることができる。

また本発明は、先端部に工具取付部を備え、この工具取付部に取り付けた工具に超音波振動子からの超音波振動を伝達する超音波加工装置用工具ホーンにおいて、前記工具の前記工具取付部への取り付けは、前記工具取付部の先端に設けたスリットに前記工具の一端部分を挿入すると共に、この工具取付部の前記スリットを挟んだその両側の工具取付片にそれぞれ設けた取付穴に、一方に頭部を有する固定用ネジを挿入して締め付け、これによって前記工具を前記両工具取付片で挟持して行い、さらに前記スリットの根元部分にスリットの隙間寸法を大きくしてなる大径部を設けると共に、このスリットの大径部を、前記両工具取付片の内の前記固定用ネジの頭部が存する側とは反対側の工具取付片側に張り出して、前記大径部を張り出した側の工具取付片の超音波振動方向の剛性を低下させることで、両工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にしたことを特徴としている。
これによって前記大径部を張り出した側の工具取付片の厚みを薄くしてその剛性を弱くし、その分超音波振動時の振動の振幅を長くし、これによって両工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にした。これによって、従来より超音波振動の振幅を大きくしても横振れが生じず、また材質としてセラミック等からなる工具を用いても割れ等が発生しない。

本発明によれば、超音波振動時の振動バランスを精密に均一化でき、これによって従来より超音波振動の振幅を大きくしても工具の横振れの発生を防止でき、また材質としてセラミック等からなる工具を用いても割れ等の発生を防止することができる。

超音波加工装置１−１を示す図である。 工具取付部１１へのカッター刃４０の取付方法を示す要部拡大側面図である。 カッター刃４０の平面図である。 超音波加工装置１−１の振動状態を示す図である。 従来の超音波加工装置１００の振動状態を示す図である。 超音波加工装置１−１の工具取付部１１近傍部分の拡大図である。 超音波加工装置１００の工具取付部１１近傍部分の拡大図である。 工具ホーン１０−２の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図である。 工具ホーン１０−３の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図である。 工具ホーン１０−４の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図である。 工具ホーン１０−５の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる超音波加工装置用工具ホーン（以下単に「工具ホーン」という）１０を用いて構成された超音波加工装置１−１を示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は底面図である。これらの図に示すように、超音波加工装置１−１は、工具ホーン１０と、工具ホーン１０の先端部に設けた工具取付部１１に装着される工具（以下「カッター刃」という）４０と、この工具ホーン１０の前記先端部の反対側端部に連結した超音波を発生させる超音波振動子６０とを具備して構成されている。なお、以下の説明において、工具ホーン１０の中心軸Ｃ１方向を長手方向又は振動方向ということとする。

前記超音波振動子６０は、ピエゾ圧電素子層（超音波振動体）などを備えており、前述したように、超音波振動子６０の一端側が工具ホーン１０と連結している。

工具ホーン１０は、略円柱形状に形成され、その中央には外径寸法を先端側で細くする段部２１が設けられ、さらにその先端に工具取付部１１が設けられている。工具ホーン１０は、例えばチタン合金からなる。チタン合金は、軽く、剛性があって伸縮し、超音波振動に対してロスの少ない金属である。

図２は、工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図であり、工具取付部１１にカッター刃４０を取り付ける取付方法を示している。図２に示すように、略円柱状の工具取付部１１の先端面中央には、この工具取付部１１を縦割りに２つの部分に分割するように、１つのスリット１２が形成されている。スリット１２は、円柱形状の工具ホーン１０の中心軸Ｃ１を含む平面（以下「中心面」という）と平行に形成される凹部であり、カッター刃４０の厚みと略同一の幅に形成されている。ここで工具ホーン１０の中心軸Ｃ１は、前記超音波振動子の中心軸と一致している。スリット１２内の根元方向に向かう所定位置には、スリット１２の隙間寸法を小さくしてなる工具係止部１３が設けられ、さらにスリット１２の根元部分には、スリット１２の隙間寸法を大きくしてなる大径部１５が設けられている。大径部１５は、円形の貫通孔であり、スリット１２の一部として工具取付部１１の中央部分を貫通している。

スリット１２の上下両側の部分は、それぞれ工具取付片３１，３３となっている。工具取付片３１，３３は、スリット１２にカッター刃４０を挿入した際にこれを上下から挟持する部分であり、前記大径部１５によって所定の弾性変形ができるように構成されている。図２に示す上側の工具取付片３１の表面には、円柱状の外周面の一部を平面状に切り欠いた形状の面取り部３５が形成されている。面取り部３５の面と、前記スリット１２の面とは平行になっている。この面取り部３５には、下記する固定用ネジ５０の頭部５３が当接する。一方、下側の工具取付片３３の表面には、円柱状の外周面の一部を円弧状の溝状に切り欠いた形状の剛性調節部３７が形成されている。この溝の方向は、工具取付部１１の長手方向（超音波振動の振動方向）に直交する方向であって、且つ前記スリット１２の面と平行な方向、言い換えれば、下記する薄板状のカッター刃４０の中心面（厚み方向の中心面、即ち前記中心軸Ｃ１を含む面）内で、前記超音波振動の振動方向に直交する方向から見て、円弧凹状に形成されている。

工具取付部１１には、スリット１２を挟んだその両側の工具取付片３１，３３にそれぞれ取付穴３２，３４が設けられている。両取付穴３２，３４は、前記工具ホーン１０の中心軸Ｃ１と交差し、且つ取り付けるカッター刃４０の中心面（スリット１２の中心面）に垂直（即ち面取り部３５の面に垂直）で、両取付穴３２，３４が同一直線上に位置するように形成されている。さらに言えば、両取付穴３２，３４は、工具取付部１１を先端側（図２の左側）から見てその中央位置に上下方向に向かって設けられている。上側の取付穴３２の面取り部３５側の端部近傍には、その内径を徐々に拡大する傾斜面からなる傾斜面部挿入部３２ａと、傾斜面部挿入部３２ａの上部に連続する円周状の本体部挿入部３２ｂとを形成している。傾斜面部挿入部３２ａは、下記する固定用ネジ５０の傾斜面部５５を収納する寸法形状に形成され、本体部挿入部３２ｂは、下記する固定用ネジ５０の頭部本体部５７を挿入する寸法形状に形成されている。また、下側の取付穴３４の内周面には、メネジ３４ａが形成されている。

図３はカッター刃４０の平面図である。同図及び図１，図２に示すように、カッター刃４０は、薄板状の略三角形をした例えば超硬合金からなり、根元側の辺４１の略中央には半円弧状の切り欠き４３が設けられている。切り欠き４３は、このカッター刃４０を前記工具取付部１１のスリット１２に挿入した際に、前記取付穴３２，３４に対向する位置に設けられている。

前記取付穴３２，３４に挿入される固定用ネジ５０は、円柱の外周にオネジを形成してなるネジ部５１の一方に頭部５３を設けて構成されている。頭部５３は、ネジ部５１側から、傾斜面部５５と頭部本体部５７と突起部５９とを有している。頭部本体部５７は、ネジ部５１の外径寸法よりも大きい円柱形状に形成されている。傾斜面部５５は、ネジ部５１から頭部本体部５７に向かってその外径寸法を徐々に大きくしていく円錐台形状に形成されている。突起部５９は、矩形状であり、図示しない治具に係合して、固定用ネジ５０を回転するために形成されている。固定用ネジ５０は、例えば鉄やステンレス、もしくはチタン合金等の各種材料によって構成される。

カッター刃４０の工具取付部１１への取り付けは、図２において、工具取付部１１の先端に設けたスリット１２にカッター刃４０の一端部分（切り欠き４３側の部分）を挿入すると共に、この工具取付部１１のスリット１２を挟んだその両側の工具取付片３１，３３にそれぞれ設けた取付穴３２，３４に、面取り部３５側から固定用ネジ５０を挿入し、取付穴３４側に設けたメネジ３４ａにねじ込むことで締め付け、これによってカッター刃４０を両工具取付片３１，３３で挟持することで行う。このとき、固定用ネジ５０の傾斜面部５５と頭部本体部５７は、それぞれ前記取付穴３２の傾斜面部挿入部３２ａと本体部挿入部３２ｂに挿入される。即ち、面取り部３５から突出するのは、頭部５３中の突起部５９の部分のみである。

以上のようにしてカッター刃４０を取り付けた超音波加工装置１−１を駆動すると、超音波振動子６０がその中心軸Ｃ１方向に振動し、工具ホーン１０とカッター刃４０を含む超音波加工装置１−１全体が、前記中心軸Ｃ１方向に沿って伸縮・振動する。

図４は上記超音波加工装置１−１を駆動した際のカッター刃４０の振動状態を、有限要素法による振動解析（ＣＡＥ）した結果を示す図である。また図５は従来の超音波加工装置１００の振動状態を、有限要素法による振動解析（ＣＡＥ）した結果を示す図である。超音波加工装置１００は、超音波加工装置１−１から剛性調節部３７を省略し、その部分をその周囲と同じ円柱状に形成したものであり、その他の部分の構造は超音波加工装置１−１と同一である。図４、図５においては、横振れ（矢印Ｃ２方向への振動）の変位を、１２００倍に拡大して表示している。両者を比較すると分かるように、工具取付部１１に剛性調節部３７を設けた場合は、カッター刃４０の横振れが大きく改善されることが分かる。

次に、剛性調節部３７によってカッター刃４０の横振れが大きく改善される理由について説明する。図６は、上記超音波加工装置１−１の工具取付部１１近傍部分の拡大図、図７は上記超音波加工装置１００の工具取付部１１近傍部分の拡大図である。ここでまず、従来の超音波加工装置１００について説明する。工具取付部１１には、固定用ネジ５０の工具取付部１１への治具による取付作業を容易且つスムーズに行うため、工具取付部１１の表面を平面状に切り欠いた形状の面取り部３５を設けている。そして面取り部３５を設けると、その分、もう一方の工具取付片３３よりも軽量化されると同時に、面取り部３５を設けた側の工具取付片３１の厚みが薄くなる。上記軽量化は振動振幅が小さくなるように作用し、一方、厚みの薄型化は振動方向に対する剛性の低下となり振動振幅が大きくなるように作用する。一方で、面取り部３５上には、固定用ネジ５０の頭部５３の一部である突起部５７が突出していてその重さや突出しているという形状の特徴（振動時に突起部５７に力のモーメントが加わる）により、この点からは、振動振幅が大きくなるように作用する。そして全体としては、図７に示すように、工具取付片３３に対して工具取付片３１は、面取り部３５を設けることでその分軽量になっていてこの点からは振動振幅が小さくなるが、逆に剛性が弱くなっている上に、固定用ネジ５０の頭部５３の重量が加算されると同時に頭部５３が面取り部３５の面から突出しているという形状の特徴により、全体としては、工具取付片３３の振動振幅ｂ２に対して工具取付片３１の振動振幅ｂ１の方が大きくなる。このため、図５に示すように、カッター刃４０の横振れが大きくなる。

次に、本実施形態にかかる超音波加工装置１−１について説明する。工具取付部１１については、上記の説明と同様である。一方、工具取付片３３には、剛性調節部３７が設けられており、この剛性調節部３７を設けた部分の工具取付片３３の厚みを薄くしている。特にこの例では、大径部１５が設けられているので、この大径部１５と剛性調節部３７間の厚みを薄くしている。これによって前記剛性調節部３７によって薄くなっている部分の振動方向の剛性が弱くなり、それよりも先端側の工具取付片３３の振動振幅Ｂ２を大きくすることができる。そして全体としては、図６に示すように、両工具取付片３１，３３の両者の振動振幅Ｂ１，Ｂ２を同一にすることができる。このため、図４に示すように、カッター刃４０の横振れを小さくすることができる。これによって、従来より超音波振動の振幅を大きくしても横振れが生じず、また材質としてセラミック等からなる工具を用いても割れ等が発生しなくなる。

本実施形態においては、剛性調節部３７を工具取付片３３の根元側の外周面に設け、この根元部分よりも先端側の部分の重量を重いまま保っているので、重量を維持しながら同時に振動方向の剛性を低下させることができる。これによって効果的に工具取付片３３の振動振幅を増加させることができる。特にこの実施形態では、剛性調節部３７を大径部１５に対向する位置近傍に設けたので、剛性調節部３７の深さをそれほど大きくしなくても（工具取付片３３の重量をそれほど小さくしなくても）、工具取付片３３の厚みを薄くでき、効果的である。

また剛性調節部３７は、面取り部３５や傾斜面部挿入部３２ａや本体部挿入部３２ｂを形成するという複雑な加工を行う必要がない工具取付片３３側に加工でき、またその加工も工具取付片３３の外周面を切り欠くという簡単な加工なので、その形成を容易に行うことができる。また工具取付片３３の外周面を切り欠くという簡単な加工なので、容易に精度の良い加工ができ、工具取付片３３の剛性の調整を精密に行うことができる。さらに、 剛性調節部３７は円弧凹状なので、超音波振動時に、剛性調節部３７の所定の部分のみに応力が集中することを防止でき、この工具ホーン１０の耐久性を向上することができる。

図８は、本発明の他の実施形態にかかる工具ホーン１０−２の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図である。同図に示す工具ホーン１０−２において、前記図１〜図７に示す工具ホーン１０と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図７に示す実施形態と同じである。この工具ホーン１０−２において、前記工具ホーン１０と相違する点は、剛性調節部３７の形状のみである。即ち、この剛性調節部３７は、矩形溝状に切り欠いた形状に形成されている。このように構成しても、上記工具ホーン１０の剛性調節部３７と同様の作用効果を発揮する。但し、この剛性調節部３７においては直角に屈曲する部分を内部に２か所に有しているので、上述のように、超音波振動時にそれらの部分に応力が集中し易く、この点で言えば上記円弧状の剛性調節部３７の方がより好ましい。

図９は、本発明のさらに他の実施形態にかかる工具ホーン１０−３の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図である。同図に示す工具ホーン１０−３において、前記図１〜図７に示す工具ホーン１０と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図７に示す実施形態と同じである。この工具ホーン１０−３において、前記工具ホーン１０と相違する点は、剛性調節部３７を設ける代わりに、スリット１２の大径部１５を、両工具取付片３１，３３の内の固定用ネジ５０の頭部５３が存する側とは反対側の工具取付片３３側に張り出すように、長円形状に形成した点のみである。このように構成すれば、大径部１５が張り出すことで、工具取付片３１の根元近傍部分の厚みよりも工具取付片３３の根元近傍部分の厚みの方を薄くできる。これによって工具取付片３３の根元の薄くなっている部分の振動方向の剛性を弱くでき、それよりも先端側の工具取付片３３の振動振幅Ｂ２を大きくすることができる。これによって全体として、工具取付片３１，３３の両者の振動振幅を同一にすることができる。このため、図４に示す場合と同様、カッター刃４０の横振れを小さくすることができる。これによって、従来より超音波振動の振幅を大きくしても横振れが生じず、また材質としてセラミック等からなる工具を用いても割れ等が発生しなくなる。但し、上記図１〜図７に示す工具ホーン１０のように、剛性調節部３７を工具取付片３３の外周面に形成する場合に比べて、加工が多少困難になる。

図１０は、本発明の参考例にかかる工具ホーン１０−４の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図であり、図１０（ａ）は固定用ネジ５０とナット７０の取付前の状態を示す図、図１０（ｂ）は固定用ネジ５０とナット７０を取り付けた状態を示す図である。なお、図示の都合上、カッター刃４０の記載は省略している。同図に示す工具ホーン１０−４において、前記図１〜図７に示す工具ホーン１０と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図７に示す実施形態と同じである。

この工具ホーン１０−４において、前記工具ホーン１０と相違する点は、剛性調節部３７を設ける代わりに、工具取付部１１の両工具取付片３１，３３を、スリット１２を挟んで対称形状に形成し、且つ、カッター刃４０の工具取付部１１への取り付けを、工具取付部１１のスリット１２にカッター刃４０の一端部分を挿入すると共に、工具取付片３１に設けた取付穴３２側から、一方に頭部５３を有する固定用ネジ５０を挿入し、さらにこの固定用ねじ５０の先端に他方の取付穴３４側から、前記頭部５３と同形状の頭部７１を有するナット７０を締め付けることで、スリット１２に挿入した図示しないカッター刃４０を両工具取付片３１，３３で挟持することで行っている。

ここで固定用ネジ５０の形状は、前記図１〜図７に示す固定用ネジ５０の形状と同一である。一方、ナット７０も前記固定用ネジ５０の頭部５３の形状と同一の形状を有し、その中央に設けた上下に貫通する挿入穴７１の内周面に、前記固定用ネジ５０のネジ部５１を螺合するメネジ部７３を設けている。また、取付穴３２は前記工具ホーン１０と同じ形状に形成されている。一方、工具取付片３３のナット７０を装着する側の外周面には、工具取付片３１側の面取り部３５と同じ形状の面取り部３５Ａを設け、また取付穴３４内には、メネジを加工せず、且つ前記工具取付片３１側の傾斜面部挿入部３２ａ及び本体部挿入部３２ｂと同じ形状の傾斜面部挿入部３４ｃ及び本体部挿入部３４ｂを設け、これによって両工具取付片３１，３３を、スリット１２を挟んで対称形状に形成している。ナット７０に螺合した固定用ネジ５０の先端部分は、ちょうどナット７０の挿入穴７１内を満たすようにする。固定用ネジ５０とナット７０は同一材質とする。このような構成とすれば、スリット１２を挟んだその両側の工具取付片３１，３３の重量及び形状と、固定用ネジ５０及びナット７０の重量及び形状とを同一にでき、これによって両工具取付片３１，３３の超音波振動時の振動振幅を同一にすることができる。このため、図４に示す場合と同様、カッター刃４０の横振れを小さくすることができる。但し、ナット７０を用いるので、上記図１〜図７に示す工具ホーン１０に比べて部品点数が多くなる。

図１１は、本発明のさらに他の参考例にかかる工具ホーン１０−５の工具取付部１１近傍部分の要部拡大側面図であり、図１１（ａ）は固定用ネジ５０とナット７０の取付前の状態を示す図、図１１（ｂ）は固定用ネジ５０とナット７０を取り付けた状態を示す図である。なお、図示の都合上、カッター刃４０の記載は省略している。同図に示す工具ホーン１０−５において、前記図１０に示す工具ホーン１０−４と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１０に示す実施形態と同じである。

この工具ホーン１０−５において、前記工具ホーン１０−４と相違する点は、固定用ネジ５０として、市販の六角ボルトを用い、ナット７０として、市販の六角ナットを用い、これに合わせて前記工具ホーン１０−４で設けていた取付穴３２，３４内部の傾斜面部挿入部３２ａ，３４ｃ及び本体部挿入部３２ｂ，３４ｂを省略した点である。このように構成しても、前記工具ホーン１０−４と同様の効果を奏する。但し、前記工具ホーン１０−４に用いた固定用ネジ５０とナット７０の方が、締め付けたネジがゆるみ難く、より好適である。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記例では工具ホーン１０の材質としてチタン合金を用いたが、その代りに他の各種材質のものを用いても良い。またカッター刃１０の材質も、超硬合金に限定されず、ハイス鋼、ステンレス鋼、セラミック等の他の各種硬質の材料を用いても良い。また上記例では超音波加工用の工具としてカッター刃１０を用いたが、ダイヤモンドヤスリなどの他の各種超音波加工用工具であっても良い。要は工具取付部に形成した工具挟持用のスリットに挟持される超音波加工用の工具であればよい。また面取り部３５はこれを設けなくても良い。また凹状の溝で形成される剛性調節部３７を、円弧状や矩形状以外の各種形状で形成しても良い。また工具係止部１３を設けず、スリット１２をストレートに大径部１５に接続しても良い。また単純なスリット１２ではなく、例えば四角穴に刃物をはめるタイプのスリット等、スリットの構造も種々の変更が可能である。また切り欠き４３の形状・構造も種々の変更が可能であり、半円弧状以外の形状でも良く、また切り欠きではなく貫通孔としても良い。

１−１ 超音波加工装置
１０ 工具ホーン（超音波加工装置用工具ホーン）
１１ 工具取付部
１２ スリット
１５ 大径部
３１，３３ 工具取付片
３２，３４ 取付穴
３５ 面取り部
３７ 剛性調節部
４０ カッター刃（工具）
５０ 固定用ネジ
５１ ネジ部
５３ 頭部
６０ 超音波振動子
１０−２ 工具ホーン
１０−３ 工具ホーン
１０−４ 工具ホーン
７０ ナット
１０−５ 工具ホーン

Claims (5)

1. 先端部に工具取付部を備え、この工具取付部に取り付けた工具に超音波振動子からの超音波振動を伝達する超音波加工装置用工具ホーンにおいて、
   前記工具の前記工具取付部への取り付けは、前記工具取付部の先端に設けたスリットに前記工具の一端部分を挿入すると共に、この工具取付部の前記スリットを挟んだその両側の工具取付片にそれぞれ設けた取付穴に、一方に頭部を有する固定用ネジを挿入して締め付け、これによって前記工具を前記両工具取付片で挟持して行い、
   前記締め付けた固定用ネジの頭部の一部は、当該頭部が存する側の前記工具取付片の表面から突出しており、
   一方、前記両工具取付片の内の前記固定用ネジの頭部が存する側とは反対側の工具取付片の前記取付穴を設けた位置よりもこの工具取付片の根元側の外周面に、超音波振動の振動方向に直交する方向であって且つ前記スリットの面と平行な方向に向けて溝状に切り欠くことでこの工具取付片の厚みを薄くして、この工具取付片の超音波振動方向の剛性を低下させる剛性調節部を設けることで、両工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にしたことを特徴とする超音波加工装置用工具ホーン。
2. 請求項１に記載の超音波加工装置用工具ホーンであって、
   前記スリットの根元部分にスリットの隙間寸法を大きくしてなる大径部を設け、この大径部の近傍に前記剛性調節部を設けたことを特徴とする超音波加工装置用の工具ホーン。
3. 請求項１又は２に記載の超音波加工装置用工具ホーンであって、
   前記剛性調節部は、前記スリットの中心面内で、前記超音波振動の振動方向に直交する方向から見て、円弧凹状に形成されていることを特徴とする超音波加工装置用の工具ホーン。
4. 請求項１又は２又は３に記載の超音波加工装置用工具ホーンであって、
   前記両工具取付片の内の前記固定用ネジの頭部が存する側の工具取付片の外周面に、前記固定用ネジの頭部を当接する面取り部を設け、
   この面取り部を設けた工具取付片の超音波振動時の伸縮長さと、前記剛性調節部を有する側の工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にしたことを特徴とする超音波加工装置用工具ホーン。
5. 先端部に工具取付部を備え、この工具取付部に取り付けた工具に超音波振動子からの超音波振動を伝達する超音波加工装置用工具ホーンにおいて、
   前記工具の前記工具取付部への取り付けは、前記工具取付部の先端に設けたスリットに前記工具の一端部分を挿入すると共に、この工具取付部の前記スリットを挟んだその両側の工具取付片にそれぞれ設けた取付穴に、一方に頭部を有する固定用ネジを挿入して締め付け、これによって前記工具を前記両工具取付片で挟持して行い、
   さらに前記スリットの根元部分にスリットの隙間寸法を大きくしてなる大径部を設けると共に、このスリットの大径部を、前記両工具取付片の内の前記固定用ネジの頭部が存する側とは反対側の工具取付片側に張り出して、前記大径部を張り出した側の工具取付片の超音波振動方向の剛性を低下させることで、両工具取付片の超音波振動時の伸縮長さを同一にしたことを特徴とする超音波加工装置用工具ホーン。
   
   
   

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