JPS6034433B2 - 超音波変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波変換器に関するものである。

従来の超音波変換器は、亀歪素子を挟着する２個の金属
ブロックにフランジ部を設け、該フランジ部をボルト等
の締着手段により締着していたので、大振幅で長時間超
音波振動させると、該フランジ部が屈曲振動して、ひい
てはその間に挟着された蚕歪素子の割れを誘起すること
があった。本発明は、上記従来の超音波変換器が有して
いた霞歪素子の割れおよび亀裂の発生を防止して超音波
変換器の電気的インピーダンスの経時変動および共振周
波数の変動を防止して安定な動作を可能にすることによ
り、大振幅での長時間に亘る連続の超音波振動を可能に
するものである。本発明の詳細な説明に先立ち、従来装
置の有していた欠点につき、詳述する。

従来の振動振中拡大型超音波変換器は、電気振動を機械
振動に変換するための半波長基本縦振動共振系で構成さ
れた超音波変換器と、他の半波長基本縦振動共振系で構
成された振動振中拡大用の超音波ホーンとを、ろう付け
またはボルト等による固着手段により、直列に結合させ
たものであった。

この振動振中拡大型超音波変換器は、半波長の長さを有
する超音波変換部と、別の部村より成る半波長の長さの
超音波ホーンとの２個の基本縦振動共振系を結合させた
ものであるため、全長が１波長分の長さになり、非常に
大型で、重量が大となる欠点があった。また、従来の振
動振中拡大型超音波変換器は、二つの基本共振系を直列
に接続させたものであるため、超音波振動を効果的に発
生させるためには、両者それぞれの固有の共振振動数を
ほぼ完全に一致させなければならない。しかし、超音波
の振動エネルギーを工業的に利用する場合には、超音波
ホーンは、その先端に加工用工具又は振動板等の付加物
体が取り付けられる場合が多く、この場合、超音波ホー
ンは、その固有の共振振動数が超音波ホーンの先端に取
り付けられる附加物体の重量、形状、寸法により大きく
変化化し、また、外部に仕事をさせる場合の負荷の大き
さによっても大きく変化するものである。したがって、
前記従来の振動振中拡大型超音波変換器における超音波
ホーンは、その実働状態における共振振動数が超音波変
換器の共振振動数に一致するよう設計・製作されなけれ
ばならないため、前記の設計・製作には複雑な計算なら
びに実験による寸法の決定が必要になり、上記従来の振
動振中拡大型の超音波変換器を設計・製作するためには
多大の労力と経験を必要とする欠点があった。この従来
の振動振中拡大型の超音波変換器の欠点を解消すべく試
みられたものとして、既に本発明者らが開発した振動振
中拡大型の超音波変換器（特豚昭４９−１１３１４７号
）がある。

この超音波変換器は第１図に示すように、機械振動を拡
大するためのブロックで、機械振動出力端Ａ２より、伝
播すべき超音波の波長の４分の１の長さに相当する部位
に、固着手段としての複数のボルトＥの挿入を許容すべ
く形成した大径のフランジ部ＡＩを有する機械振動拡大
用ブロックＡと、所定の長さを有する円柱状のブロック
で、その基端部に所定の肉厚より成る円径のフランジ部
ＢＩを配設したパッキング用ブロックＢと、前記両フラ
ンジ間に配設された一対の電歪素子Ｃ１，Ｃ２とを、前
記機械振動拡大用ブロックＡのフランジＡＩに係合する
環状支持板Ｄを介在させてボルトＥおよびナットＦによ
り、前記両フランジ部締着して成るものであった。

この変換器は、機械振動拡大用ブロックＡの縦振動モー
ドの腹となる機械振動出力端Ａ２より、超音波の波長の
４分の１の長さの部位（縦振動モードの節）近傍にフラ
ンジ部および電歪素子を配設するとともに、波長の２分
の１の長さの部位（縦振動モードの腹）にパッキング用
ブロックの他端部Ｂ２を配設する構成より成るので「全
体として半波長基本縦振動共振系で構成された超音波変
換器として作用すると同時に、半波長基本縦振動共振系
の超音波ホーンとなり、振中拡大作用を合せ有する。し
たがって、非常に小型かつ軽量で、スペース的制約を受
ける分野での適用を可能とする利点があった。しかしな
がら、この変換器は、極めて長時間にわたって大振幅で
連続振動させた場合、機械振動拡大用ブロックのフラン
ジ部の屈曲振動により、当該ブロックに当援させたＰＺ
Ｔ等の雷歪素子に亀裂が発生する可能性があり、そのた
め変換器の露気的インピーダンスならびに共振周波数の
経時変動を起す可能性があった。また、この変換器は、
その縦振動の節となる部位に配設した環状支持板Ｄを介
して、外部に固定支持する場合には、従来の一般の変換
器の場合と同様に、振動子の固定支持にともなうエネル
ギー損失ならびに変換器の動作特性の低下をきたすおそ
れがあった。ここで、上記の問題点が起る原因について
は究明した結果につき第１図に基づいて説明すると、変
換器Ｔは、機械振動拡大用ブロックＡの環状平坦面ＡＩ
Ｉの中心点Ｇ近傍を縦振動の節として、変換器の軸線に
沿う各部位が第１図のグラフに示す縦振動変位を有する
振動モードで共振する。

この振動は、変換器の軸方向と平行な振動変位を有する
縦振動Ｌをするが、藤方向の振動ひずみにともなって、
変換器の径方向にもポァッソン比分に相当する量の振動
ひずみが発生し、これにより変換器は、わずかではある
が蓬方向にも伸び縮みをする径万向振動Ｒを起すことに
なる。蚤方向の振動変位は、第１図のグラフの破線で示
すように、縦振動の振動応力が最大となる位すなわち縦
振動変位が０となる振動の節の部位で最大になる。この
軽方向の振動変位のため、機械振動拡大部Ａのフランジ
部ＡＩに屈曲振動Ｋが誘発させられ、フランジ部が屈曲
振動を起す結果となった。したがって、フランジ部平坦
面Ａ３が曲面状の振動変位を起すことになり、亀歪素子
に繰返し曲げ荷重が加わるため、特に大振幅で長時間駆
動させる場合には、霞歪素子に割れが発生する可能性が
生ずることとなった。すなわち、上記変換器の機械振動
拡大部のフランジ部ＡＩは固着手段としての複数のボル
トＥの挿入を許容すべ〈大径に形成されているとともに
、フランジ部の曲げ変形に対しては適宜の弾性変形を許
客すべく構成されているため、上記の様にフランジ部に
有害な屈曲振動を誘発させる結果となった。

また、上記従来の変換器は、その環状支持板Ｄは、フラ
ンジ部ＡＩを単に一様に弾性的支持させるべく構成され
たものであり、上記フランジ部の屈曲振動を拘束阻止す
ることができないため、機械振動拡大用ブロックＡの環
状平坦面ＡＩＩ全体を完全に縦振動の節として動作させ
ることができなかった。

したがって、環状支持板Ｄもわずかではあるが変換器の
振動に伴って振動することになり、その振動が変換器の
共振特性に関与する結果となった。したがって、上記変
換器を、環状支持板Ｄを介して外部に強固に固定支持す
る場合には、振動エネルギーの損失ならびに変換器の動
作特性の低下を招くこととなった。本発明は、本発明者
らが従来の超音波変換器の有していた問題点を克服する
振動振中松大型の超音波変換器を開発するために系統的
な実験および理論解析を行った結果案出したものであり
、耐久試験によりその耐久性を確認したものである。

本発明は、ＰＺＴ等の雷歪素子の割れを防止して、電気
的インピーダンスの経時変動および共振周波数の経時変
動を防止して安定な動作を可能にすることにより、大振
幅での長時間に亘る連続振動を可能にする超音波変換器
を提供することを目的とする。本発明は、機械振動拡大
部を配設する円筒体のフランジ部を該円筒体よりわずか
に突出された幅の狭い小さな外径とし、この小さなフラ
ンジ部を径万向に環状間隙を保持してもう一方の円筒体
のフランジ部と締着手段により締着された環状剛体によ
り軸方向に綿着することにより、機械振動拡大部を配設
した円筒体のフランジ部および電歪素子に当援する平坦
面に生ずる屈曲振動を防止した超音波変換器を提供する
ことを目的とする。

本発明‘ま、Ｐ打等の雷歪素子の割れを防止する振動振
中拡大型の超音波変換器を提供することを目的とする。
すなわち本発明は、半波長基本縦振動共振系で構成され
、電気振動を機械振動に変換するととに、変換された機
械振動の振中を拡大する振動振中拡大型の超音波変換器
であって、１／４波長相当の長さを有する機械振動拡大
部の基端部に配設したフランジ部の平坦面と、パッキン
グ用ブロックに酉己設したフランジ部の平坦面との間に
露歪素子を配設し、前記機械振動拡大用ブロックのフラ
ンジに係合させた環状部材を介して、複数のボルトによ
り前記両フランジ部を締着して成る超音波変換器におい
て、機械振動拡大部の基端部に配設した円形フランジの
径を、そのフランジの周部が前記締着手段としての複数
のボルトで取り囲まれる円形範囲内に入るよう十分小さ
く形成することにより、該フランジ部に、変換器の径方
向振動に起因する屈曲振動が誘発されないようにすると
ともに、該フランジの機械振動出力端がわの環状平坦面
に、十分な剛性と重量を有する厚肉の環状剛体を強固に
係合せしめ、該フランジ部を剛体的に拘束支持できるよ
うに構成し、該フランジ部の曲げ剛性を極めて高くし、
前記蓬方向振動に起因するフランジ部の屈曲振動の発生
を強制的に抑止できるようにすることにより、ＰＺｒ等
の蚤歪素子の割れ発生を防止し、変換器を大振幅にて極
めて長時間にわたって連続振動させても、電気的インピ
ーダンスらびに共振周波数の経時変動のない安定した動
作を可能とする振動振中拡大型の超音波変換器を提供す
ることを目的とする。

また、本発明は、前記環状剛体により、変換器の縦振動
の節面とすべき機械振動拡大部の断面（すなわち、基断
面）をとり囲むフランジ部の環状平坦面を剛体的に拘束
支持し、該環状平坦面に縦振動の変位が起らないように
することにより、本発明の変換器全体を、前記環状平坦
面ならびに該平坦面によって囲まれる断面（基断面）全
体を振動の節面とする理想的な縦振動共振で振動させ得
るようにし、かつ、フランジ部のまわりに、縦振動の節
面を取り囲む環状空隙を配設し、縦振動に付随して必然
的に起る径方向振動が前記環状岡山体に伝達されないよ
うにすることにより、該環状剛体を振動変位○の剛体と
して作用させ得る様にし、該変換器を他の構造体と組み
合せて実用する目的で、環状剛体としての支持部材を介
して外部に強固に固定しても、その共振振動特性が害さ
れることのない極めて実用的な振動振中拡大型の超音波
変換器を提供することを目的とする。

また、本発明は、機械振動拡大部のフランジ部と環状剛
体との係合を、フランジ面の環状小面積部で行ない、該
フランジ部と環状剛体との機械的結合系における音響イ
ンピーダンスの段差を大きくし、超音波エネルギーがフ
ランジ部より前記環状剛体に伝達されないようにするこ
とにより、変換器の固定支持にともなうエネルギー損失
の極めて少ない振動振幅拡大型の変換器を提供すること
を目的とする。

また、本発明は、超音波ホーンとしての機械振動拡大部
の先端に、超音波加工用工具、振動板等の付加物体を取
り付ける場合にも、該機械振動拡大部ならびにＰＺＴ等
の素子により構成される超音波変換部の主要部分の形状
寸法をなんら変更することなく、単にパッキング用ブロ
ックの長さを変更するのみで、簡単に、かつ、完全に変
換器全体の共振をとることのできる実用的な振動娠中拡
大型の超音波変換器を提供することを目的とする。

さらに本発明は、前記発明の目的を達成するとともに、
変換器の機械振動出力部の全長ならびにパッキング用ブ
ロックの全長を、変換器の主要構成部分を変化させるこ
となく、簡単に変更可能とすることにより、発生させる
超音波の周波数を任意に、かつ、簡単に変更することの
できる振動振中拡大型の変換器を提供することを目的と
する。また本発明は、変換器のパッキング用ブロックと
して複数の支持腕を有する花びら型フランジを配設した
パッキング用ブロックを使用することにより、本来目的
とする振動からはずれたまがし、の振動又は本来の目的
とする振動に付随して誘起される不必要な振動いわゆる
スプリアスモードの振動の発生を防止し、変換器の安定
駆動ならびに電気振動から超音波振動への変換効率を一
層向上させることができる振動振中拡大型の超音波変換
器を提供することを目的とする。本発明は、軸方向の一
端に機械振動拡大部を配設し、他端における縦振動共振
モードの節面にわずかの量だけ半径方向外方に突出させ
た幅の狭い環状平坦面を有するフランジ部を配設すると
ともに、該軸方向の他端に垂直な所定の面積を有する平
坦面を有する第１の円筒体と、前記第１の円筒体のフラ
ンジ部に対し十分な剛性および大きさを有するとともに
、内周壁の麹方向端部に軸に平行な内周面を有する内側
面と軸に垂直な環状平面を有する底面とから成る段部を
形成した環状体であって、該段部の底面を前記第１の円
筒体のフランジ部の機械振動拡大部側の小面積の環状平
坦面に一様に係合するようにするとともに、該段部の内
側面を前記第１の円筒体のフランジ部の外蚤より若干大
きな内径に設定して、該環状体内と第１の円筒体を同軸
的に間挿したときにフランジ部の外周面との間に僅少の
環状間隙を保持するように形成した環状剛体と、所定の
外径および長さを有する筒状体であってその基端部に所
定の面積を有する軸に垂直な平坦面および所定の外蓬お
よび肉厚より成り第１の円筒体のフランジ部の外径より
充分大きな外径を有するフランジ部を有する第２の円筒
体と、前記第１および第２の円筒体の鞠方向端面に配設
した平坦面間に間挿され、電極板を狭むとともに超音波
発振器に接続した一対の雷歪素子から成り、該露歪素子
の軸万向両端部の軸に垂直な平坦面が前記第１および第
２の円筒体の平坦面より小の面積を有する超音波変換部
と、前記第１および第２の円筒体の平坦面間に前記超音
波変換部の平坦面とを夫々当接させ、前記環状剛体第２
の円筒体のフランジ部とを締着することにより第１の円
筒体のフランジ部によってて超音波変換部をその露歪素
子の外側壁に近い位置でて一体的に綿着する締着手段と
から成る超音波変換器である。

上記横成より成る本発明の超音波変換器は、第１の円筒
体のフランジの径を小さくすることにより、フランジ部
の固有振動数を極力高め、かつ大きな曲げ変位が起らな
いようにして、前記第１の円筒体のフランジ部および平
坦面の屈曲振動の発生を防止することにより超音波変換
器の露歪素子の割れ亀裂等の発生を防止して、大振幅に
よる長時間に亘る超音波振動を可能にする。

本発明は、振動振中拡大型の超音波変換器に適用（第１
の態様）した場合小断面の機械振動出力端ならびに大断
面の機械振動入力端を有する第１の円筒体としての機械
振動拡大用のブロックにおいて、機械振動出力端より縦
振動共振モードの１′発皮長の長さに相当する部位に、
所定の肉厚よりなる小径のフランジ部および該フランジ
部に近接して機械振動入力端としての所定の面積を有す
る平坦面を配設した機械振動拡大部と、該機械振動拡大
部の縦振動共振モードの節面の位置と一致して配設した
前記小蓬フランジの機械振動出力端がわの環状平坦面に
おいて、該環状小面積部全面に一様に、かつ、強固に係
合するとともに、前記小蓬フランジ部を取り囲む環状空
隙を形成する構成とした充分な剛性と重量を有する剛体
としての厚肉の環状岡山体と、前記１／４波長より４・
なる所定の長さの部材より成りその基端部に所定の面積
を有する平坦面および所定の肉厚より成るフランジ部を
配設した第２の円筒体としてのパッキング用ブロックと
、前記機械振動拡大部およびパッキング用ブロックの平
坦面間に配設され、かつ、超音波発振器に接続する一対
の露歪素子を含みその両端面が前記両ブロックの平坦面
より小なる面積より成る平坦面を有する超音波変換部と
、前記機械振動拡大部およびパッキング用ブロックの平
坦面間に前記変換部の平坦面を夫々当俵させ、前記環状
剛体を介して前記両フランジ部を、前記環状空隙ならび
に前記超音波変換部を取り囲む態様にて一体的に稀着す
る締着手段とから成り、半波長基本総振動共振系の節面
とすべき部位をとり囲む機械振動拡大部のフランジ部の
機械振動出力端がわの環状平坦面部を岡山体的に拘束支
持するとともに、前記超音波変換部を両フランジ間に一
体的に縦着し、全体として１／２波長の縦振動共振モー
ドで共振させる。

上記構成より成る本発明の第１の態様の超音波変換器は
、超音波ホーンの基端部に配設したフランジの径を、前
記従釆の変換器に較べて極めて小さくするとともに、該
フランジの機械振動出力端がわの環状平坦面に、十分な
剛性と重量を有する厚肉の環状剛体を強固に係合せしめ
、該フランジ部全体の曲げ剛性を極めて高くするととも
にフランジ部の重量を相対的に十分増加せしめることに
より、ＰＺＴ等の雷歪素子が密着するフランジ部平坦面
の曲げ振動の発生を防止し、これにより亀歪素子の割れ
亀裂等の「発生を防止し、大振幅における極めて長時間
の連続駆動に対しても、電気的インピーダンスならびに
共振周波数の経時変動のない極めて安定した動作を可能
とするものである。

また、本第１の態様の変換器は、半波長基本縦振動共振
系の節面とすべき断面すなわち基断面全体に縦振動の変
位が生じないように、その面を取り囲む機械振動拡大部
のフランジの機械振動出力端がわの環状平坦面を、剛体
的に拘束支持することにより、縦振動の節（振動変位０
）とすべき前記環状平坦面ならびに該環状平坦面で取り
囲まれる断面（基断面）全体を振動の節面として、変換
器全体を理想的な総振動モ−ドーこて共振させることが
できる。

さらに、フランジ部の囲りには、縦振動の節面を取り囲
む環状空隙を配設したことにより、縦振動に付随して発
生する蓬方向振動は、前記環状剛体に直接伝達されるこ
とはない。したがって、本変換器は、極めて安定した共
振振動を実現させることができるとともに、該環状剛体
は振動変位０としての剛体とし保持されるため、該変換
器を、他の構造体に組み付けて利用する場合においても
、該変換器の共振特性ならびに動作特性をなんら低下さ
せることなく前記環状剛体を介して外部に強固に固定支
持できるものである。また本第１の態様の変換器は、機
械振動拡大部のフランジ面と厚肉の環状剛体との係合を
フランジ面の環状小面積部で行ない、該フランジと厚肉
環状剛体との機械的結合系における音響インピーダンス
の段差を大きくすることにより、フランジ部から前記環
状剛体への超音波エネルギーの伝達を防止し、変換器を
固定支持する場合、外部へ逃げるエネルギーの損失を極
めて小にするものである。また、本第１の態様の変換器
は「機械振動拡大部のフランジの機械振動出力端がわの
環状平坦面を剛体的に拘束支持することにより、縦振動
共振系の節面が、その共振周波数に関係なく常に該環状
平坦面で取り囲まれる断面（基断面）になるよう正確に
決定されるとともに、該環状平坦面を含む断面を振動の
節面として、４分の１波長共振モードで作動する機械振
動拡大部と、他の４分の１波長共振モードで作動するパ
ッキング部（超音波変換部とパッキング用ブロック）と
の二要素を結合し、全体として半波長基本縦振動共振す
るように成したものであり、パッキング用ブロックを交
換することによりパッキング部の長さを自由に変更する
ことが可能なため、機械振動拡大部の先端に、超音波加
工用工具、振動板、または他の共振体等の付加物体を取
り付ける場合にも、機械振動拡大都側の、共振周波数の
変動量に応じて、パッキング部側のパッキング用ブロッ
クを交換し、その長さを変更することにより、変換器全
体の縦振動共振の節の位置が移動変化することなく、簡
単に、しかも、完全に交換器全体の共振を取ることがで
きるものである。

また、本発明は、第１の円筒体のフランジ部の機械振動
拡大部がわの環状平坦面と環状剛体の段部の底面とをろ
う付け、溶接等の手段により一体的に結合した態様（第
２態様）もとりうるもので、このようにすることにより
、第１の円筒体と環状剛体との係合関係を強固なものに
し、安定な超音波振動を可能にするとともに超音波変換
効率を向上させるものである。

また、本発明は、第１の円筒体の超音波変換部と当援す
る平坦面を鼠方向に突出した突出平坦面とする態様（第
３の態様）もとりうるもので、このようにすることによ
り第１の円筒体の平坦面の曲げ剛性を高めて、電歪素子
等の超音波変換部に変位を与えないので蚕歪素子等の割
れの発生を防止するとともに、突出平坦面によって超音
波変換部を押圧するので当りを良くするとともに超音波
変換部の平坦面全面に一様の押圧力を加えるので、安定
した超音波振動を可能にする。

また、本発明は、第１の円筒体と環状剛体を一の部材で
構成し一体構造にして、環状間隙として環状溝を穿設す
る態様（第４の態様）もとりうるもので、このようにす
ることにより前述の第２の態様に比べ第１の円筒体と環
状剛体との係合関係を一層強固なものにし、一層安定な
超音波振動を可能にするとともに、超音波変換効率を向
上させるものである。

また、本発明は、第２の円筒体のフランジ部を締着手段
を締着する部分を残しこの間の肉厚を削除して花びら状
の形状にする態様（第５の態様）も採りうるもので、こ
のようにすることにより、従来第２の円筒体のフランジ
部全周に亘つて生ずる可能性があった不必要な屈曲振動
を削除した部分により振動遮断することにより、このよ
うな屈曲振動の発生を防止するとともに、従来のものに
比べ全体の重量を増やさないで締着部の肉厚を増し剛性
を上げて所定の剛性にすることにより、超音波変換部を
所定の押圧力で一様に押すので、電気振動から超音波振
動への変換効率を高め、安定した超音波振動を可能にす
る。

また、本発明は、機械振動出力部を、振幅拡大用ホーン
の先端部と振幅拡大用ホーンの基端部との２個の構成要
素から構成し、該振幅拡大用ホーンの先端部を交換可能
とするとともに、パッキング用ブロックを、ブロック本
体と共振調整用ブロックとの２個の構成要素から構成（
第６の態様）し、該共振調整用ブロックを交換可能とし
、前記振幅拡大用ホーンの先端部ならびに共振調整用ブ
ロックの長さを変更することにより、発生させる超音波
の周波数を任意に、かつ、簡単に変更することのできる
ものである。

上記した本発明は、これら具体化するにあたっては次の
第１ないし第７実施例のようにすることができる。

次に本発明の第１実施例を第２図に基づき説明する。

第１実施例は、振動振幅拡大型超音波変換器に本発明を
適用したものであり、前述の第１の態様に属する。第１
実施例の振動振中拡大型超音波変換器の第１の円筒体と
しての機械振動拡大部１は、エキスポネンシャル型の機
械振動出力部１１およびその基端部に設けた従来に比べ
小径の円板状フランジ１２より成る。

該フランジー２は、機械振動出力部１１と一体的に形成
し、該フランジの軸方向端面には機械振動入力端として
の平坦面１２Ａを配設するとともに環状剛体１３を係合
させるための幅の狭い環状平坦面１２Ｂを設けた。環状
岡山体１３は、前記フランジ１２に比べ内外径および厚
みが十分に大きくして十分な剛性と重量を有する厚肉の
環状部材で構成し、該環状岡山体の内周面には前記機械
振動拡大部の環状平坦面１２Ｂの全面に密着するＬ型形
状の段部としての係合面１３Ａを配設するとともに、複
数のボルト１６に螺合するネジ孔１３Ｂを円周方向等間
隔に設けた。第２の円筒体としてのパッキング用ブロッ
ク１４は、円柱部材からなり、その基端部に固着部とし
ての円板状フランジー５を一体的に形成し、該フランジ
１５には複数のボルト１６を挿入するための貫通孔１５
Ｂを備えた。結果として、該フランジー５は、前記フラ
ンジー２に対し、十分大きな外径を有する前記環状剛体
１３、ならびに該環状剛体のネジ孔１３Ｂに螺合する複
数のボルト１６により、前記機械振動拡大部１の小径フ
ランジ１２と、これと対称的に向き合うパッキング用ブ
ロック１４のフランジー５とを、超音波変換部を構成す
る中実円板形の露歪素子１７Ａ，１７Ｂおよび電極板１
８を間にして一体的に強く締結し、該竜歪素子１７Ａ，
１７Ｂおよび電極板１８を、前記両フランジの平坦面間
で軸万向に圧縮保持した。ここにおいて、機械振動拡大
用ブロックの基端部に配設した円形フランジー２は、そ
の部分に屈曲振動が誘発されないようにするため、該フ
ランジの外径が、前記緒着手段としての複数のボルトで
取り囲まれる円形範囲内において、十分づ・さく形成し
た。また、該円形フラソジの環状平坦面１２Ｂは、その
環状小面積部全面が一様に、かつ、緊密に前記環状岡山
体１３の係合面１３Ａに密着するよう滑らかに平面仕上
げするとともに、前記環状剛体１３の係合面１３Ａに密
着し、前記綿着手段としてのボルト１６を強く締結する
ことにより剛体的に支持されるようにした。また、円形
フランジ１２の周部と環状剛体１３との境界部には、該
円形フランジを取り囲む環状空隙１３Ｃを配設し、本変
換器の縦振動に付随して起るフランジ部の怪方向振動が
、前記環状剛体１３に直接伝達されないようにした。一
方、パッキング用ブロック１４のフランジー５は、ボル
ト１６による固着支持を行う必要があるため大径に形成
し、適宜の弾性を有する所定の厚さに形成し、弾性変形
範囲内の曲げ変位が与えられたとき、剛性の高い板ばね
として作用させられるようにした。この環状岡山体１３
は、第２図ａに示すようにボルトＢＴにより固定支持部
材ＳＭに固着され、変換器を固定支持する。前記電歪素
子１７Ａおよび１７Ｂは、超音波発振器（図示せず）に
接続させ、互いの正極を対向し、かつ、その間に電極板
１８を挟み、また、その負極が機械振動拡大部の機械振
動入力端としての平坦面１２Ａおよびパッキング用ブロ
ックのフランジ１５の平坦面１５Ａに接触されていると
ともに、前記の板ばねとしての作用を有するパッキング
用ブロックのフランジ１５を介して、静的な圧縮力が加
えられている。

ここにおいて、機械振動拡大部１、露歪素子１７Ａ，１
７Ｂ、電極板１８およびパッキング用ブロック１４は、
一体となって所要振動数で振動し、機械振動拡大部の環
状平坦面１２Ｂならびに該環状平坦面の延長面上断面と
しての基断面１２Ｃが振動の節面となり、半波長基本縦
振動共振するように各部の寸法が決定されている。

すなわち、機械振動拡大部１は、機械振動出力機１１Ａ
から半波長縦振動共振の節面とすべき機械振動拡大部１
の基断面１２Ｃまでの距離を、該変換器が所要の共振周
波数で共振する振動モードの１／４波長相当の長さとし
、また、パッキング用ブロック１４の長さは、前記環状
平坦面１２８ならびに基断面１２Ｃを振動の節として該
変換器全体が半波長縦振動共振するように計算および実
により定めなた。なお、符号１９は電極板１８および環
状剛体１３に接続された電気振動入力用リード線である
。次に、上記構成より成る第１実施例の振幅拡大型超音
波変換器の作用を説明する。

、外部の超音波発振器より、上記振動振幅拡大型超音波
変換器の共振周波数と同一の周波数の電気振動を露歪素
子１７Ａ，１７Ｂに与え機械振動を譲起せしめる。この
機械振動は、機械振動拡大部１の環状平坦面１２Ｂなら
びに該環状平坦面の延長面上断面としての基断面１２Ｃ
を振動の節面とし、機械振動拡大部１、霞歪素子１７Ａ
，１７Ｂおよびパッキング用ブロック１４を一体として
、縦振動共振させるとともに、機械振動拡大部１の機械
振動出力部１１により振動振幅が拡大され、機械振動出
力端１１Ａを大振幅で超音波振動させ、超音波を発生さ
せる。したがって、上記構成よりなる第１実施例の変換
器は、機械振動拡大部１の１２の径を小さく形成するこ
とにより、フランジ部の固有振動数を極力高め、かつ、
大きな曲げ変位が起らないようにしてフランジ部に屈曲
振動が誘発されないようにするとともに、該フランジ１
２の当り面が狭いので当りを均一にすることができる。

さらに該フランジー２に環状剛体１３を強固に係合せし
め、該フランジ部を剛体的に支持しフランジ部および平
坦面１２Ａにおける屈曲振動の発生を強制的に抑止する
ことにより、ＰＺｒ等の電歪素子の割れ発生を防止し、
変換器を大振幅で長時間連続振動させても、電気的イン
ピーダンスならびに共振周波数の経時変動のない極めて
安定した動作を可能とする。また、変換器の半波長縦振
動共振系の振動の節とすべきフランジ部の環状平坦面を
岡山体的に拘束支持し、その部位に縦振動の変位が起ら
ないようにすることにより、該変換器全体は、前記環状
平坦面ならびに該平坦面の延長面上断面としての機械振
動拡大部の基断面全体を振動の節面とする理想的な縦振
動共振で、極めて安定した振動を行うとともに、環状間
隙により、縦振動共振に付随して起る径方向振動が前記
環状剛体に直接伝達されない。

したがって、該変換器の環状岡山体は、振動の節（振動
変位○）として作用するとともにフランジ部１２の狭い
環状平坦面１２Ｂを把持するものであるため、変換器の
振動を拘束しないため該変換器を、環状剛体１３を介し
て外部の支持部材ＳＭに強固に固定支持しても、その動
作特性が害されることはない。更に、前記環状剛体と機
械振動拡大部との係合は、環状小面積部で行ない、該フ
ランジ部と環状岡山体との機械的結合系における音響イ
ンピーダンスの段差を大きくし、超音波エネルギーがフ
ランジ部より前記環状剛体に伝達されにくくしたことに
より、該変換器を実用する場合に外部に固定しても、そ
の固定支持にともなうエネルギー損失は極めて小さい利
点がある。

また、本実施例の変換器は、電気振動を機械振動に変換
する超音波変換器としての作用と、変換された機械振動
の振幅を拡大する超音波ホーンとしての作用を合せ有す
る１個の半波長基本振動系で構成されているため、非常
にコンパクトである利点を有する。

また、本変換器は、共振振動系の節となる位置が、常に
一定の部位に固定されているとともに、ボルト等の締着
手段をはずすことによりパッキング用ブロックが交換可
能なため、本変換器を実用する場合には、実働時の負荷
の大きさに応じてパッキング用ブロックの長さを変更す
るのみで、簡単に本変換器の共振条件を満足させて駆動
することができるため、実用時の取り扱いが極めて簡単
である利点を有する。

また、本発明は、次の第３図に示す第２実施例のごとく
実施することができる。

第２実施例の振動振幅拡大型超音波変換器は、機械振動
拡大部の基端部の形状を第１実施例に比べて変形した点
（第３の態様）に特徴がある。以下、前記第１実施例と
同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する
。本実施例においては、ステップ型ホーンより成る機械
振動拡大部ＩＡの機械振動出力部１１の基端部において
、小逢の円板状フランジー２とともに該フランジ部より
軸方向に突出した円形平坦面１２Ａを有する円形凸部１
２Ｄを一体的に形成し、超音波変換部を構成する雷歪素
子１７Ａ，１７Ｂおよび電極板１８を、該円形凸部１２
Ｄの円形平坦面１２Ａと、パッキング用ブロックのフラ
ンジー５の平坦面１５Ａとにより圧縮保持するようにし
た点に特徴がある。

本実施例の円形凸部１２Ｄは、蟹歪素子１７Ａとほぼ同
寸法の外蓬を有し、フランジ部より階段状に突起せしめ
たものであり、フランジ部と雷歪素子１７Ａとの接触部
におけるフランジ部の肉厚を階段状に増大せしめ、この
部分における曲げ剛性を極めて高くするともに、フラン
ジ部の振動の該円形凸部に対する影響を少なくすること
によりフランジ部の円形平坦面１２Ａにおける曲面状の
振動変位の雷歪素子に対する影響を一層少なくするもの
である。したがって本実施例の変換器は、前記第１実施
例よりも一層確実にＰＺＴ等の雷歪素子の割れ発生を防
止し、変換器を大振幅で長時間連続振動させても、電気
的インピーダンスならびに共振周波数の経時変動のない
極めて安定した動作を可能とする。また、特に、本実施
例の変換器は、大径の円板形の露歪素子より構成される
超音波駆動部を有する大パワーの変換器の場合にも、電
歪素子の割れ発生を防止し、前記と同機長時間に亘る極
めて安定した動作を可能とする。また、本実施例は、上
記の効果のほかに、前記第１実施例にて記載した効果と
同様の優れた効果を奏する。尚、本第２実施例の変換器
は、前述の第１実施例に比べて機械振動拡大部の基端部
に円形凸部１２Ｄを配設し、該円形凸部１２Ｄにより電
歪素子を挟着するので、竜歪素子への当りを良くし、挟
着状態を一様にして安定な超音波振動を可能にする。

本第２実施例の変換器は、機械振動拡大部としてステッ
プ型ホーンを採用したので、他のコニカル型およびエキ
スポーネンシャル型ホーンにべて、基端部（フランジ部
）の曲げ剛性が低いのでこの円形凸部１２Ｄは、曲げ剛
性を高め、屈曲振動を防止するのに特に有効である。

更に本第２実施例の変換器は、環状岡山体１３が円形穴
を有する部村ＥＭと前記環状岡山体１ ３の外周壁と係
合する環状のＬ型段部を有する環状支持部材ＳＭＩとの
間にボルト手段ＢＴを介して挟着固定されるが、本実施
例変換器は環状岡山体１３の幅の狭いＬ型段部の底面に
より挟着されるだけであるので、変換器の振動は何ら拘
束されないという作用効果を奏する。

次に本発明を第３実施例に基づき第４図を用いて説明す
る。

第３実施例の振動振幅拡大型の超音波変換器は、機械振
動拡大部２のフランジ２２と環状剛体２３との係合を、
ろう付け、溶接等の金属的接合手段を加えて行なった点
（第２の態様）に特徴があるとともに、機械振動出力部
に種々の超音波加工用工具を結合できるようにした点に
前述の実施例に対する主たる相違点がある。

以下、前記第一実施例の場合と同一部分には同一符号を
用いて説明する。本第３実施例の変換器の機械振動拡大
部２は、コニカル型ホーンの形態を有する中空の機械振
動出力部２１およびその基端部に設けた小径の円板状フ
ランジ２２より成る。

該フランジ２２は、機械振動出力部２１と一体的に形成
し、該フランジには機械振動入力端としての円形平坦面
２２Ａを配設するとともに環状剛体２３に接合させるた
めの小なる幅の環状接合面２２Ｂを設ける。環状剛体２
３は、フランジ部に対して十分大きな断面積を有するよ
うにすることにより十分な剛性と重量とを有する厚肉の
環状部材で構成し、該環状剛体には前記機械振動拡大部
のフランジ２２の環状接合面２２Ｂ‘こ係合する環状接
合面２３Ａを配設するとともに、該環状剛体２３と機械
振動拡大部のフランジ１２とを、前記環状接合面２３Ａ
および２２Ｂにおいて、全面一様にかつ強固にろう付け
し、機械振動拡大部２のフランジ２２を、前記環状接合
面２２Ｂにおいて剛体的に支持した。また、フランジ２
２の周部と環状剛体２３との境界部には、前記実施例と
同様環状空隙２３Ｃを配設した。前記機械振動拡大部２
の中心軸上には、該機械振動出力端２１Ａから機械振動
拡大部の基断面２１Ｃに達する中心孔２１Ｂを設けると
ともに、その中心孔の先端部には種々の超音波加工用工
具を取り付けるための雌ネジ部２１Ｄを酉己設した。ま
た、前記環状剛体２３には、霞歪素子により構成される
超音波変換部ならびにパッキング用フロツク１４を固着
するための複数のボルト１６に螺合するネジ孔２３Ｂを
円周方向等間隔に配設した。また、パッキング用ブロッ
ク１４は、前記第１実施例と同一の構成部分からなる。
前記機械振動拡大部２を係合した環状剛体２３と、なら
びに、該環状剛体のネジ孔２３８に螺合する複数のボル
ト１６とにより、前記機械振動拡大部の小窪フランジ２
２に対して対称的に向き合るパッキング用ブロック１４
の大蚤フランジ１５とを、超音波変換部を構成する中実
円板形の亀歪素子１７Ａ，１７Ｂおよび電極板１８を間
にして一体的に強く締結し、該露歪素子１７Ａ，１７Ｂ
おび電極板１８を前記両フランジの平坦面間で軸万向に
一様に圧縮保持した。

また、機械振動出力部２１の先端には、ネジ部２１Ｄに
螺合する固着部２４Ａを配設した超音波加工用工具２４
が強固に固着されている。ここにおいて、機械振動拡大
部２の基端部に配設した円形フランジ２２は、前記第一
実施例と同様に十分小さく形成し、フランジ部の固有振
動数を極力高め、かつ、大きな曲げ変位が起らないよう
にしてその部分に屈曲振動が誘発されないようにすると
ともに、さらに、環状剛体２３により、機械振動拡大部
の基断面２１Ｃを取り囲むフランジ部の環状接合面２２
Ｂが完全に剛体的に拘束支持されている。

また、機械振動拡大部２、電歪素子１７Ａ，１７Ｂ、電
極板１８およびパッキング用ブロック１４は、超音波加
工用工具２４とともに一体となって所要振動数で振動し
、機械振動拡大部の環状接合面２２Ｂならびに該環状接
合面の延長面上断面である基断面２１Ｃが振動の節面と
なり、半波長基本縦振動共振するように各部の寸法が決
定されている。

すなわち、機械振動拡大部２は、機械振動出力端２１Ａ
から半波長基本縦振動共振の節面とすべき機械振動拡大
部の基断面２１Ｃまでの距離を」該変換器が所要の共振
周波数で共振する振動モ−ドの１′金皮長相当の長さと
し「 また、パッキング用ブロック１４の長さは、前記
環状援合面２２Ｂならびに前記基断面２１Ｃを振動の節
面として該変換器全体が半波長基本縦振動共振するよう
に計算および実験により定めた。

なお、その他の構成は前記第１実施例の場合と同様のた
め、その説明を省略する。したがって、上記構成より成
る第３実施例の振動振幅拡大型の超音波変換器は、第１
実施例の変換器の場合と同様に、外部の超音波発振器か
ら与えられた電気振動を機械振動に変換し、その振動振
幅を拡大し、該変換器の機械振動出力端２１Ａ近傍を大
振幅で超音波振動させ、さらに、超音波加工用工具２４
をも大振幅で振動させるこができるものであり、ＰＺｒ
等の露歪素子の割れ発生を防止し、変換器を大振幅で長
時間連続振動させても電気的インピーダンスならびに共
振周波数の経時変動のない極めて安定した動作を可能と
し、また、該変換器を環状剛体としての支持部材を介し
て外部に固定支持しても、該変換器の変換特性の低下な
らびに固定支持にともなうエネルギー損失を防止する等
の前記第１実施例と同様の優れた効果を奏する。

また、本実施例の変換器においては、機械振動拡大部の
フランジ２２と環状剛体２３との係合を、ろう付等の金
属的接合手段を加えて行うことにより、前記フランジ２
の剛体的な拘束支持が確実になるため、フランジ２２を
前記第一実施例の場合に比べて一層薄肉に形成すること
ができ、それにより変換器の超音波変換効率を一層向上
させることができる利点がある。

さらに本第３実施例の変換器は、機械振動拡大部２の端
部に種々の超音波加工用工具を変換可能な態様にて固着
できるようにするとともに、単一の半波長基本縦振動モ
ードで共振するよう構成された該変換器は、縦振動の節
面が、その共振周波数に関係なく常に機械振動拡大部の
環状接合面２２Ｂならびに該環状接合面で取り囲まれる
機械振動拡大部の基断面２１Ｃになるよう正確に決定さ
れており、さらに、パッキングブロック１４が交換可能
なため、超音波加工用工具を必要に応じて種々の形状寸
法のものに交換固着する場合にも、それによる機械振動
拡大部の共振周波数の変動量に応じて、パッキング用ブ
ロック１４を交換し、その長さを変更することにより、
簡単に、しかも完全に変換器の共振条件を満足させるこ
とができる。

すなわち、従来の振動振幅拡大型の変換器にいては、機
械振動拡大部としての超音波ホーンと超音波変換部とし
ての変換器とがそれぞれ独立の半波長基本共振系で構成
されており、両者は、それぞれの共振周波数と‐致すべ
く設計・製作され直列に結合されたものであるため、超
音波ホーンの先端に加工用工具等を取り付ける場合には
、その等価質量等が付加されたことによって起るホ‐ン
の共振振動数の変動量を予測し、ホーンの形状寸法の補
正をしなければならないため、この補正操作には多大の
努力を経験を必要とする問題点があり、まして、種々の
形状寸法を有する超音波加工用工具を簡単に交換固着し
て使用することは不可能であった。しかし、本第３実施
例の変換器は、上記の構成により、種々の形状寸法を有
する加工用工具を簡単に交換して使用できる極めて実用
的な変換器である利点を有する。次に本発明を第４実施
例に基づき第５図を用いて説明する。

本第４実施例の振動振幅拡大型の超音波変換器は、機械
振動拡大部３と環状剛体３３とを、一体成形体として構
成（第４の態様）し、機械振動拡大部３のフランジ３２
を、環状剛体３３の連続要素として形成し、該環状岡山
体に係合させるとともに、パッキング用ブロック３４の
フランジ部を複数の支持腕を有する花びら型フランジ３
５（第５の態様）に変更した点に特徴がある。本第４実
施例の変換器の機械振動拡大部３は、ステップ型ホーン
の形態を有する機械振動出力部３１を有し、その基端部
に配設したフランジ部において連続的かつ一体的に環状
剛体３３と連絡する。機械振動拡大部の連続部材として
の環状剛体３３は、十分な剛性と重量とを有する厚肉の
環状円板形に形成し、その平坦面３３Ｂより、機械振動
拡大部のの縦振動の節とすべき円形断面としての基断面
３２Ｃを取り囲むとともに、該基断面３２Ｃの間部に近
接し、かつ、少なくとも該基断面３２Ｃを延長する仮想
平面に達する深さを有する環状溝３３Ａを配設すること
により、機械振動拡大部３のフランジ３２ならびに機械
振動入力端としての平坦面３２Ａを区画形成した。かく
して、機械振動拡大部のフランジ３２は、機械振動拡大
部の基断面３２Ｃを取り囲む小面積の環状円形断面にお
いて前記環状岡山体３３の連続要素として一体的に該環
状剛体に係合されるものである。また、この環状剛体に
は、霞歪素子１７Ａ，１７Ｂにより構成される超音波変
換部ならびにパッキング用ブロック１４を固着するため
めの複数のボルト１６に螺合するネジ孔３３Ｃを、前記
環状溝３３Ａ上に、円周方向等間隔に４個設けた。パッ
キング用ブロック３４は、円柱部材で構成し、その基端
部には固着部としての複数の支持腕３５Ａを有する花び
ら型フランジ３５を一体的に形成し、配設した。該花び
ら型フランジ３５の支持腕３５Ａは、パッキング用ブ。
ックの軸に対して対称的に形成し、相隣合う支持腕とは
円弧状の側面にて連絡されているとともに、該フランジ
の肉厚は、板ばねとして所定の曲げ剛性を有する厚みに
形成した。また、該フランジ３５の複数の支持腕３５Ａ
には、パッキング用ブロック３４固着するための４個の
ボルト１６を挿入する貫通孔３５Ｂを夫々穿設した。

前記機械振動拡大部３のフラソジ部と、これと対称的に
向き合うパッキング用ブロック３４のフランジ３５とを
、機械振動拡大部と一体的に係合させた環状剛体３３と
、該環状岡山体のネジ孔３３Ｃに螺合する複数のボルト
１６とにより、超音波変換部を構成する中実円板形の亀
歪素子１７Ａ，１７Ｂ、電極板１８、および、アルミ板
または鋼板等の軟質の金属シート３６Ａ，３６Ｂを間に
して、一体的に強く締結し、該霞歪素子１７Ａ，１７Ｂ
および電極板８を、前記両フランジ３２および３５の平
坦面間で軸万向に圧縮保持した。

前記電歪素子１７Ａおよび１７Ｂは、超音波発信器（図
示せず）に接続させ、互いの正極を対向し、かつ、その
間に電極板１８を挟み、また、その負極が機械振動拡大
部のフランジ３２の平坦面３２Ａおよびパッキング用ブ
ロックのフランジ３６の平坦面３５Ｃに、それぞれ金属
シート３６Ａ，３６Ｂを介して一様に密着されていると
ともに、前記の板ばねとしての作用を有するパッキング
用ブロックのフランジ３５により静的な圧縮力が加えら
れている。ここにおいて、機械振動拡大部３、露歪素子
１７Ａ，１７Ｂ、電極板１８、金属シート３６Ａ，３６
Ｂ、およびパッキング用ブ。

ツク３４は、一体となって所要振動数で振動し、機械振
動拡大部の基断面３２Ｃ、ならびに、機械振動拡大部３
と環状剛体３３の係合部において、前記基断面を取り囲
む４・面積の環状円形断面が振動の節面となり、変換器
全体が半波長基本縦振動共振するように各部の寸法が決
定されている。すなわち、機械振動拡大部３は、機械振
動出力端３１Ａから半波長基本縦振動共振の節面とすべ
き機械振動拡大部の基断面３２Ｃまでの距離を、該変換
器が所要の共振周波数で共振する振動モードの１／父皮
長相当の長さとし、また、パッキング用ブロック３４の
長さは、前記基断面３２Ｃならびに前記基断面を取り囲
む小面積の環状円形断面を振動の節面として変換器全体
が波長の縦振動共振するように計算および実験により定
めた。

また、符号１９は前記第１１実施例と同機に、電極板１
８および環状剛体３３に接続させた電気振動入力月チリ
ード線である。したがって、上記横成より成る第４実施
例の振動振幅拡大型の超音波変換器は、第１実施例の変
換器の場合と同様に、外部の超音波発振器から与えられ
た電気振動を機械振動に変換し、その振動振幅を拡大し
、該変換器の機械振動出力端３１Ａを大振幅で超音波振
動させ、超音波を発生させることができる。

ここにおいて本実施例の変換器は、機械振動拡大部３と
環状剛体３３とを一体成形により形成し、機械振動拡大
部の４・径のフランジ３２を、環状剛体３３の連続要素
として配設し、該フランジ３２を一層確実に剛体的に拘
束支持できるようにしたことにより、ＰＺｒ等の竜歪素
子の割れ発生を完全に防止し、変換器を大振幅で長時間
連続振動させても電気的インピーダンスならびに共振周
波数の経時変動のない極めて安定した動作を可能とし、
また、該変換器を環状剛体としての支持部材を介して外
部に強固に固定支持しても、該変換器の共振振動特性の
低下ならびに固定支持にともなうエネルギー損失を防止
する等、前記第１〜第３実施例に記載した効果と同様も
しくはそれ以上の優れた効果を奏する。また、本実施例
の変換器は、機械振動拡大部と、環状岡』体とが一体と
なっているため、本変換器の特性を支配する重要部分で
ある機械振動拡大部のフランジ部の拘束支持条件が完全
に一定に保持される。

したがって、本変換器は長時間に亘って常に安定した駆
動を可能とするものであるとともに、本変換器の製造に
あたっては、常に一定の品質を有する安定した製品の製
造・組立を可能とする利点がある。さらに、本変換器は
、変換器のパッキング用ブロック３４として、ボルトに
よる固着支持部間の中間位置を円弧状に切欠き、複数の
支持腕３５Ａを有する花びら型フランジを配設したパッ
キング用ブロックを使用することにより、変換器全体を
一層安定して駆動させることができるとともに、該変換
器の効率をさらに向上させることができる。

すなわち、前記第１〜第３実施例で説明したパッキング
用ブロック（第２図ｂ参照）は、複数のボルト１６によ
る固着支持を許客すべく形成した円板形のフランジー５
を有するものであり、該フランジ１５は、変換器の駆動
時にには、該変換器の共振振動数と同一の振動数で曲げ
振動するようにされている。

しかし、該フランジにおけるある一つのボルトによる固
着支持部と、それと隣薮する他のボルトによる固着支持
部との中間部に位置するフランジ要素１５Ｃに、不必要
な屈曲振動が誘発され、この振動が変換器全体の共振振
動に車畳し、変換器の振動特性を僅かではあるが低下さ
せる場合があった。しかし、本実施例におけるパッキン
グ用ブロックは、前記したように、複数の固着支持部の
中間部に位置するフランジ要素を排除することにより、
本来の目的とする変換器の縦振動共振に付随して起る不
必要な振動、いわゆるスプリアスモードの振動の発生を
防止し理想的に縦振動共振する変換器の一要素として作
用させることができ、変換器の安定駆動ならびに効率を
一層向上させることができる利点がある。尚、前記中間
部に位置するフランジ要素を排除するので、同一重量で
も、固着支持部の厚さを増やすことができ、フランジ部
の曲げ剛性を高めて所定の剛性にすることにより、該フ
ランジ部のスプリアスモードの曲げ振動が抑止されるの
で電歪素子に与える影響を皆無にできる。

更に本第４実施例の変換器は環状剛体３３が円形穴を有
する環状支持部材ＳＭ４と、円形穴を有し該穴の内周壁
に環状岡田体３３と係合する環状Ｌ型段部を有する固定
支持部材ＳＭ３との間にボルト手段により挟着固定され
るが、前述の第２実施例と同様に変換器の振動は何ら拘
束されないという作用効果を奏する。また、上言己の第
４実施例は、次の第６図に示す第５実施例のごと〈変形
して実施することができる。

第５実施例の振動振幅拡大型の超音波変換器について前
述の第４実施例に対する相違点を説明する。以下、前記
第４実施例の場合と同一の部分には同一の符号を付し、
その説明を省略する。本実施例においては、機械振動拡
大部３Ａと環状剛体３３とを一体的成形体として形成し
、機械振動拡大部の基端部に配設したフランジ３２を、
環状岡山体３３の連続要素として形成し、該環状剛体に
係合させるとともに、前記フランジ３２の端面中央部に
、露歪素子に当援する円形平坦面３２Ａを配設した円形
凸部３２Ｂを一体的に形成（第３の態様）し、超音波変
換部を構成する霞歪素子１７Ａ，１７Ｂ、電極板１８お
よび金属シート３６Ａ，３６Ｂを、該円形凸部３２Ｂの
円形平坦面３２Ａと、パッキング用ブロックのフランジ
３５の平坦面３５Ｃとにより圧縮保持するようにした点
に特徴がある。本実施例の円形凸部３２Ｂは、その側面
がフランジ部と滑らかな曲線で結ばれる態様にて、フラ
ンジ部より突起し、その円形平坦面３２Ａは、霞歪素子
１７Ａとほぼ同寸法の外径を有し、かつ、金属シート３
６Ａ，３６Ｂを介して前記電歪素子１７Ａに一様に密着
するように形成されている。ここにおいて、該円形凸部
３２Ｂは、フランジ部と雷歪素子１７Ａとの接触部にお
けるフランジ部の肉厚を局部的に増大せしめ、この部分
における曲げ剛性を極めて高くすることにより、円形平
坦面３２Ａにおける曲面状の振動変位の発生を効果的に
防止するものである。又、該円形凸部３２Ｂを設けるこ
とにより電歪素子の当りを良くし、一様に雷歪素子全体
を挟着することができる。したがって、本実施例の変換
器は、一層確実にＰＺＴ等の亀歪素子の割れ発生を防止
することが出釆るため、特に、大径の円板形の軍歪素子
より構成される超音波駆動部を有する大パワーの変換器
の場合にも、竜歪素子の割れ発生を防止し、変換器を大
振幅で長時間連続振動させても、電気的インピーダンス
ならびに共振周波数の経時変動のない極めて安定した動
作を可能とする。

また、本実施例は、上記の効果のほかに、前記第４実施
例にて記載した効果と同機の優れた効果を奏する。さら
に前記の第４実施例は、次の第７図に示す第６実施例の
ごと〈変形して実施することができる。以下、本第６実
施例の振動振幅拡大型の超音波変換器について説明する
。また、前記第４実施例の場合と同一の構成部分につい
ては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本
第６実施例の振動振幅拡大型の超音波変換器は、第４実
施例と同様に機械振動拡大部３Ｂと環状剛体３３とを、
一体成形により形成し、機械振動拡大部３Ｂのフランジ
を、環状剛体３３の連続要素として形成し、該環状剛体
３３に係合させるとともに、該機械振動拡大部３Ｂの先
端にネジ結合部３１Ｂを配設して種々の超音波振動用円
板ならびに超音波加工用工具を交換取り付け可能とし、
さらに、パッキング用ブロック３４Ｂに径の小なる突出
したネジ部を設け、該ネジ部に螺合する部材を交換する
ことによってパッキング用ブロック３４Ｂの終端部を交
換可能とすることにより、該パッキング用ブロックの全
長を、本変換器の共振条件が満足されるように、前記超
音波振動用円板ならびに超音波加工用工具の等価質量に
応じて簡単に変更できるようにした点に特徴がある。す
なわち、本実施例においては、機械振動出力部３１の出
力側の先端外周部に、ネジ結合部３１Ｂを配設し、種々
の超音波加工用工具ならびに超音波振動円板を固着でき
る態様にするとともに、パッキング用ブロック３４Ｂを
ブロック本体３４１と共振調整用ブロック３４２との二
つの要素により構成した。

ブロック本体３４１は、円柱部材からなり、その基端部
には前記第４実施例の場合と同一の構成よりなる花びら
型フランジ３５を一体的に形成し、配設するとともに、
池端には小径円柱部３４１Ａを一体的に配設した。該小
径円柱部３４１Ａは、ブロック本体３４１と同軸的に形
成され、かつ、その外周部には共振調整用ブロック３４
２を固着するための螺溝３４１Ｂが刻設されている。共
振調整用ブロック３４２は、前記ブロック本体３４１と
同座の円柱部村からなり、その中心軸上には前記ブロッ
ク本体の小径円柱部３４１Ａの螺溝に係合すべき雌ネジ
部３４２Ａを配設するとともに、該ネジ部３４２Ａによ
り前記ブロック本体３４１に強固に綿着できる構成とし
た。

したがって、パッキング用ブロック３４Ｂは、共振調整
用ブ。ック３４２を交換することにより、パッキング用
ブロック３４Ｂの長さを変更することができる。また、
本実施例における符号３７は、機械振動拡大部３１の先
端部のネジ結合部に螺合する固着部３７Ａを有する超音
波振動円板である。該超音波振動円板は、本変換器の機
械振動出力端の振動面の面積を増大させることにより、
大面積の振動面より超音波を発生させることができるよ
うにしたものであり、機械振動出力部３１の先端に強固
に固着され、機械振動出力部３１と共に一体となって振
動する。ここにおいて、本実施例の変換器はその他の主
要構成部においては前記第４実施例そ同一であり、機械
振動拡大部３Ｂと環状岡山体３３とが一体成形により形
成され、機械振動拡大部の小径のフランジ３２が環状剛
体３３の連続要素として配設されることにより、該フラ
ンジ３２は、前記環状剛体３３により確実に剛体的に拘
束支持されるとともに、変換器全体が、機械振動拡大部
の基断面３２Ｃ、ならぴに、機械振動拡大部のフランジ
３２と環状岡山体３３との係合部の環状円形断面が振動
の節目となり、半波長の基本縦振動共振モードで共振す
るようにされている。

すなわち、機械振動拡大部３Ｂは、機械振動出力端３１
Ａから半波長縦振動共振の節面とすべき機械振動拡大部
の基断面３２Ｃまでの距離を、本変換器が前記超音波振
動円板３７を付加した状態で所要の共振周波数で共振す
る振動モードの１／４波長相当の長さとし、また、パッ
キング用ブロック３４Ｂの長さは、共振調整用ブロック
３４２を交換し、その長さを種々に変更し、調整するこ
とにより、前記基断面３２Ｃを振動の節目として変換器
全体が半波長の縦振動共振するように決定した。したが
って、上記の本実施例の変換器は、前記の第４実施例の
変換器の作用効果のほかに、パッキング用ブロック３４
Ｂの共振調整用ブロック３４２を交換し、その長さを調
整することにより、簡単に変換器全体の共振を取ること
ができるものである。また、本変換器は、機械振動拡大
部の先端に、本実施例で示した円盤状部材以外にも、他
の種々の形状寸法を有する振動円板または超音波加工用
工具を振動子として取り付けた場合にも、それらの等価
質量ならびに機械振動拡大部に加わる負荷の状態に応じ
て、共振調整用ブロック３４２を交換し、その長さを調
整するのみで、本変換器全体の共振を簡単に、かつ、確
実に取ることができる利点を有する。また前記第４実施
例は、次の第８図に示す第７実施例のごとく変形して実
施することができる。

以下、本実施例の要部を説明する。本第７実施例の振動
振幅拡大型の超音波変換器は、機械振動拡大部３Ｃと環
状剛体３３とを一体的成形体として形成（第４の態様）
し、機械振動拡大部の基端部に配設したフランジ３２を
、環状剛体３３の連続要素として形成し、該環状剛体３
３に完全に岡山体的係合支持させるとともに、機械振動
拡大部３Ｃを振幅拡大用ホーンの先端部３１１および振
幅拡大用ホーンの後端部３１２との２個の構成要素から
構成し、それら両者を該２要素の軸０を貫通する通しボ
ルト３１３により一体的に締結し、１′４波長共振ホー
ンと成し、さらに、パッキング用ブロック３４Ｃを、ブ
ロック本体３４３および共振調整用ブロック３４４との
２個の構成要素から礎成し、それら両者をパッキング用
ブロックの結合ボルト３４５により一体的に締結できる
ように成し、前記機械振動拡大部の振幅拡大用先端部３
１１およびパッキング用ブロック３４Ｃの共振調整用ブ
ロック３４４を交換可能とし、それらの長さを変更する
ことにより、本第７実施例の変換器の共振周波数を任意
に変更できるようにした点に特徴がある。本第７実施例
の変換器の機械振動拡大部３Ｃは、ステップ型ホーンの
形態を有する機械振動出力部３１を有し、その基端部に
配設したフランジ３２において、前記第４実施例と同様
に連続的かつ一体的に環状剛体３３と係合する。

機械振動出力部３１は、振幅拡大用ホーンの先端部３１
１および振幅拡大用ホーンの後端部３１２をその主な構
成要素とし、両者それぞれの中心軸上に、通しボルト３
１３に螺合するめネジをほぼ全長にわたって配設すると
ともに、該振幅拡大用ホーンの先端部３１１および振幅
拡大用ホーンの後端部３１２の２個の要素を、通しボル
ト３１３により、一体的に強く締結し、全体として１／
４波長の縦振動共振モードで振動させるべく構成した。
環状剛体３３は、十分な剛性と重量を有するように、構
成した厚肉の環状支持部村であり、前記振幅拡大用ホー
ンの後端部３１２の基端部において、該基端部をとり囲
むフランジ３２と一体的に連結する。

すなわち、フランジ３２は、前記環状岡山体３３と機械
振動拡大部３Ｃの基端部との結合部において、機械振動
拡大部３Ｃの縦振動の節とすべき円形平断面としての基
断面３２Ｃを取り囲み、かつ、該基断面３２Ｃの周部に
近接し、かつ、少なくとも該基断面３２Ｃを延長する仮
想平面に達する深さの環状溝３３Ａを、前記環状剛体３
３Ｂに配設することにより、該環状剛体に連続する部村
として構成した。

したがって、フランジ３２は機械振動拡大部の基端部を
とり囲んで小径に形成されるとともに、縦振動の節とす
べき基断面３２Ｃの延長面上の環状小面積部において、
前記環状剛体３３に一様に、かつ、剛体的に係合される
ことになる。また機械振動拡大部３Ｃの基端部には、機
械振動入力端としての円形平坦面３２Ａを有する円形凸
部３２８を形成し、また前記環状剛体には、電歪素子１
７Ａ，１７Ｂ等により構成される超音波変換部ならびに
パッキング用ブロック３４Ｃを固着するための複数のボ
ルト１６に螺合するネジ孔３３Ｃを、前記環状溝３３Ａ
の位置と一致して、円周方向等間隔に設けた。

パッキング用ブロック３４Ｃは、円柱部材からなるブロ
ック本体３４３、円柱部材からなる共振調整用ブロック
３４４ならびに両者を結合する結合ボルト３４５より成
る。

ブロック本体３４３ならびに共振調整用ブロック３４４
は、それぞれの中心軸上に結合ボルト３４５に蝿合する
めネジが配設されているとともに、結合ボルト３３４５
により強く一体的に締結され、全体として一個のパッキ
ング用ブロックとして共振状態にて振動するように構成
した。パッキング用ブロック本体３４３の基端部には、
固着部としての４個の支持腕３４３Ａを有する花びら型
フランジ３４３Ｂを一体的に形成し、配設した。該花び
ら型フランジ３４３Ｂの支持腕３４３Ａは、パッキング
用ブロックの軸に対して対称的に形成し、相隣合う支持
腕とは円弧状の側面３４３Ｃにて連絡されているととも
に、該フランジの肉厚は、板ばねとして適宜の曲げ剛性
を有する所定の厚みに形成した。また、該フランジ３４
３Ｂの４個の支持腕３４３Ａには、パッキング用ブロッ
ク３４Ｃを固着するための４本のボルト１６を挿入する
貫通孔３４３Ｄを穿設した。前記機械振動拡大部３Ｃに
一体的に係合ごせた環状剛体３３と、該環状剛体と対称
的に向き合うパッキング用ブロック３４Ｃの花びら型フ
ランジ３４３Ｂとは、超音波変換部を構成する中実円板
形の雷歪素子１７Ａ，１７Ｂ、電極板１８、および、ア
ルミ板または銅板等の軟質の金属シート３６Ａ，３６Ｂ
を間にして、前記環状岡山体３３のめネジ３３Ｃに蝿合
する複数のボルト１６により、一体的に強く締結し、該
電歪素子１７Ａ，１７Ｂおよび電極板１８を、機械振動
拡大部３Ｃの基端部に配設した円形平坦面３２Ａおよび
パッキング用ブロック３４Ｃのフランジ部に設けた平坦
面３４３Ｅ間で鞠方向に圧縮保持した。

上記構成において、機械振動拡大部３Ｃの機械振動入力
端としての円形平坦面３２Ａ、歌質の金属シート３６Ａ
、露歪素子１７Ａ、電極板１８、他の霞歪素子１７Ｂ、
他の軟質の金属シート３６Ｂおよびバッキング用ブロッ
ク３４Ｃの平坦面３４３８は、それぞれ相隣り合う要素
との緊密な密着を一層確実にするため、それぞれの当援
面に接着材を塗った状態で互いに当援させた。前記電歪
素子１７Ａおよび１７８は、超音波発信器（図示せず）
に接続させ、互いの正極を対向し、かつ、その間に電極
板１８を挟み、また、その負極が機械振動拡大部の基端
部の平坦面３２Ａおよびパッキング用ブロックのフラン
ジ部の平坦面３４３Ｅに、それぞれ金属シート３６Ａ，
３６Ｂを介して一様に密着されているとともに、前記の
板ばねとしての作用を有するパッキング用ブロックの花
びら型フランジ３４３Ｂにより静的な圧縮力が加えられ
ている。ここにおいて、機械振動拡大部３Ｃ、雷歪素子
１７Ａ，１７Ｂ、電極板１８、金属シート３６Ａ，３６
Ｂ、およびパッキング用ブロック３４Ｃは、一体となっ
て所要振動数で振動し、機械振動拡大部の基断面３２Ｃ
、ならびに、機械振動拡大部３Ｃと環状剛体３３の係合
部における前記基断面３２Ｃを取り囲む小面積の環状円
形断面が振動の節面となり、変換器全体が半波長縦振動
共振するように各部の寸法が決定されている。すなわち
、機械振動拡大部３Ｃは、振幅拡大用ホーンの先端部３
１１の先端から半波長縦振動共振の節面とすべき機械振
動拡大部の基断面３２Ｃまでの距離を、、談変換器が所
要の共振周波数で共振する振動モードの１′４皮長相当
の長さとし、また、パッキング用ブロック３４Ｃの全長
は、、前記機械振動拡大部３Ｃの基断面３２Ｃからパッ
キング用フロック３４Ｃにおける共振調整用ブロック３
４４の後端面３４４Ａまでの距離が前記所要の共振周波
数に一致して共振する振動モードの１′４皮長相当の長
さになるように決定した。かくして、本実施例の変換器
は変換器全体が半波長基本縦振動共振にて振動すること
になる。ここにおいて、本実施例の振動振幅拡大型の超
音波変換器は、振幅拡大用ホーンの先端部３１１および
パッキング用ブロックの共振調整用ブロック３４４を交
換可能とし、それらの長さを変更することにより、その
共振周波数を任意に変更して超音波を発生させることが
できる。

たとえば、第８図図示の振動振幅拡大型の超音波変換器
は、２０４円板形の雷歪素子を用いる３８．０ＫＨ２の
超音波を発生させるべく設計したものである。振動拡大
用ホーンの先端部３１ １は、後７．３側、長さ１５側
、材質ステイールにて設計計するとともに機械振動拡大
部３Ｃの先端から基端面３２Ｃまでの距離が３３．７柳
になるよう構成されている。一方、パッキング用ブロッ
クの共振調整用ブロック３４４は、、径２仇駁、長さ１
２肋、材質ステイールにて設計し、基断面３２Ｃから共
振調整用ブロック３４４の後端までの距離が３４．３側
である。このように設計された本実施例の変換器は、第
８図ａのように、基断面３２Ｃを振動の節とし、機械振
動出力部３１側が１／唯皮長の縦振動共振モードで振動
する。一方パッキング用ブロック３４Ｃ側も同じく１／
傘皮長の縦振動共振モードで振動し、変換器全体として
は１／２皮長の基本縦振動共振モードで共振し３８．０
ＫＨ２の超音波を発生する。この変換器を用い、発生さ
せる超音波の周波数を変更する場合には、振動拡大用ホ
ーンの先端部３１１および共振調整用ブロック３４４の
長さを変更すればよい。すなわち２０ＫＨＺの超音波を
発生させるには、振動振幅拡大用ホーンの先端部３１１
を長さ４５．１物のものに交換固着するとともに共振調
整用ブロック３４４も長さ４２．１脚のものに交換固着
する。要するに、変換器の基断面３２Ｃを振動の節とし
、機械振動出力部３１側の長さを２０ＫＨＺ，１／４波
長の縦振動共振モードで共振する長さとし、パッキング
用ブロック側の長さも同周波数にて１／４波長の縦振動
共振モードで共振する長さにすればよい。また、本実施
例の変換器は、振動拡大用ホーンの先端部３１１の代り
に、第８図Ｃの点線で示すような振動モードの屈曲振動
をする円筒状共振体３１４を酉己設した振動拡大用ホー
ンの先端部３１１Ａ、または、第８図ｄの点線で示すよ
うな振動モードの屈曲振動をする円板状共振体３１５を
配設した振動拡大用ホーンの先端部３１１Ｂ等を簡単に
固着することができ、それらの共振体を共振させて超音
波を発生させることができる。

すなわち、本実止例の振動振幅拡大型の変換器において
は、上記のような共振体をホーンの先端に付加する場合
においても、その付加物体の等価質量が加わったことに
より行なわなければらない共振条件の補正は、共振調整
用ブロック３４４の長さならびに振動拡大用ホーンの先
端部３１１の長さを調整し変更するのみで、簡単にしか
も確実に変換器全体の共振条件を満足させることができ
るからである。さらに、本実施例の振動振幅拡大型超音
波変換器は、前記第４なし、し第６実施例の場合と同様
に、機械振動拡大部３Ｃと充分な剛性と重量を有する厚
肉の環状剛体３３とを一体形成により形成し、機械振動
拡大部の小径フランジ３２を、環状剛体３３の連続要素
として配設し、該フランジ３２を本変換器の縦振動の節
面とすべき基断面３２Ｃの延長面上の位置において、一
層確実に剛体的に拘束支持できるようにするとともに、
フランジ３２の周部を取り囲む環状溝３３Ａを配設し、
変換器の縦振動に付随して必然的に起る径万向振動の変
位が拘束されないようにしたことにより、前記基断面３
２Ｃ全体を縦振動の節面とする理想的な縦振動共振にて
振動させることができ、かつ、ＰＺＴ等の霞歪素子の割
れ発生を完全に防止することができるものであり、本発
明者らが行なった連続耐久試験結果（現在継続中）から
確認されるように５００畑時間以上にわたる長時間の大
振幅連続振動におおいてても、電気的インピーダンスな
らびに共振周波数の経時変動を起さない極めて安定した
動作を可能とする。

また、本実施例の振動振幅拡大型の変換器は、機械振動
拡大部の小径フランジ３２と前記環状剛体３３との係合
を前記した縦振動の理想的な節面で行なうとともに、縦
振動の節面を取り囲む環状溝３３Ａを配設したことによ
り、本変換器の縦振動ならびに縦振動に付随して起る径
万向振動が、前記環状岡山体３３に直接伝達されること
はない。

したがって、該環状剛体は本変換器の振動係において、
振動変位○の剛体として作用させることができるため、
本変換器を、他の構造体に組み付けて利用する場合に、
本変換器の共振振動特性ならびに動作特性をなんら低下
させることなく前記環状剛体を介して外部に強固に固定
支持することができる利点を有する。また、本実施例の
変換器は、機械振動拡大部の小径フランジ３２と環状剛
体３３との係合部において、上記した構成による係合を
、フランジ面の環状小面積部で行ない、該フラソジと厚
肉の環状剛体との機械的結合系における音響インピーダ
ンスの段差を大きくすることにより、フランジ部から前
記環状剛体への超音波エネルギーの伝達を防止したため
、変換器の固定支持にともなって外部へ逃げるエネルギ
ー損失が極めて小になり、非常に効率よく超音波を発生
させることができる優れた効果を奏する。

さらに、本実施例変換器は、、前記第４〜第６実施例の
場合と同様に、変換器のパッキング用ブロック３４Ｃと
して、複数の支持腕３４３Ａを有する花びら型フランジ
３４３Ｂを配設したパッキング用ブロックを使用するこ
とにより、フランジを不連続にするとともに、フランジ
に所定の剛性をもたせることにより、パッキング用ブロ
ックのフランジ部に誘発されながら、スプリアスモード
の振動の発生を防止し、変換器の安定駆動ならびに超音
波振動変換効率の一層の向上を可能にする優れた効果を
有する。

さらに、本実施例の変換器は、変換器の駆動部を構成す
る霞歪素子１７Ａ，１７Ｂ、電極板１８および金属シー
ト３６Ａ，３６Ｂ、夫々の当援面に接着材を塗った状態
で密着締結し、夫々の当援面における極く微小なる空隙
をも排除したことにより、超音波振動の振動圧力を確実
に伝達できるものであり、電気的振動から超音波の機械
的振動への変換効率を一層大にするものである。

すなわち、前記した本発明の変換器においては、変換器
の重要な一つの要素となる駆動部は変換器の縦振動の節
となる部位の近傍に配設されている。

この部位における超音波の縦振動の変位はほとんど０に
近い。したがって、この状態において、超音波の振動力
を有効に機械振動拡大都側およびパッキング用ブロック
側へ伝達させるためには、極く微小な空隙の存在も許す
ことができないものであり、特に本第７実施例の変換器
は上記の効果を首尾よく発揮できるものである。以上要
するに本発明は、第１および第２の円筒体の間に霞歪素
子等の超音波変換部を間挿し、ボルト等の締着手段によ
り前記２個の円筒体を締着して超音波変換部を挟着する
超音波変換器において、機械振動拡大部に形成鞄設した
第１の円筒体のフランジを小径とし、該小径フランジに
係合する段部を有するとともに、該段部と前記小蓬フラ
ンジとの外周壁との間に環状間隙を形成するよう配置し
た大断面積の環状剛体と第２の円筒体のフランジとを締
着手段により締着するようにしたことによ、第１の円筒
体のフランジの径を小さ〈することによって、フランジ
部の固有振動数を極力高め、かつ曲げ変位を小にするこ
とにより第１の円筒体の超音波変換部に当接する平坦面
および小径フランジに生ずる屈曲振動を防止して、露歪
素子等の割れ、亀裂の発生を防止することにより、大振
幅による連続長時間に亘る超音波振動を可能にする。

前述した各実施例は、いずれも本発明を小型化のため電
歪素子を挟着するメタルブロックに機械振幅拡大機能を
持たせた振幅拡大型の超音波変換器に適用したものであ
るが、本発明は、第９図ａおよび第９図ｂに示すように
第１および第２の円筒体としての２つのメタルブロック
間に亀歪素子等の超音波変換部を挟着し、一方のメタル
ブロックの出力端に機械振動拡大部（ホーン）を形成も
しくは固着配設する形式の超音波変換器にも適用可能で
ある。

図中、前述の実施例と同一部分には同一符号を付した。
また、本発明は、バーナー装置などのように高温にさら
される場所で用いられる場合には、第１０図に示すよう
に第１の円筒体に形成した機械振動拡大部としてのホー
ンの部分を充分長くして亀歪素子等の超音波変換部を加
熱源から距離的に離すような態様の変換器にも適用でき
る。

図中、前述の実施例と同一部分には同一符号を付した。
更に本発明は、機械振動を一層拡大させるために、第１
１図に示すように第１の円筒体に形成する機械振動拡大
部を二以上直列に連結して用いるような態様の変換器に
も適用できる。図中、前述の実施例と同一部分には同一
符号を付した。また、第１の円筒体に形成配設する機械
振動拡大部として、実施例では、エキスポーネンシヤル
型ホーン、ステップ型ホーン、コニカル型ホーンについ
て説明しが、本発明は機械振動を拡大しうるものであれ
ばこれらに限定させるものではなく、カテリナ型ホーン
、フーリエ型ホーンおよびその他のホーンが使用可能で
ある。その他、本発明は特許請求の範囲の精神に反しな
い限り、幾多の付加変更ならびに設計変更をなし得るも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の超音波変換器の断面図および各部の振
動変位の態様を示す図、第２図は、本発明の第１実施例
の超音波変換器を示す図、第３図は、本発明の第２実施
例の超音波変換器を示す断面図、第４図は、本発明の第
３実施例の超音波変換器を示す断面図、第５図は、本発
明の第４実施例の超音波変換器を示す図、第６図は、本
発明の第５実施例の超音波変換器を示す断面図、第７図
は、本発明の第６実施例の超音波変換器を示す断面図、
第８図、本発明の第７実施例の超音波変換器を示す図、
第９図ないし第１１図は本発明の超音波変換器の他の変
形例を示す図である。 図中１は第１の円筒体の一態様である機械振動拡大部、
１２は小径フランジ、１４は第２の円筒体としてのパッ
キング用ブロック、１３は環状剛体、１３Ｃは環状間隙
、１６は縦着手段、１５はパッキング用ブロックのフラ
ンジ、１７Ａ，１７Ｂは霞歪素子、１８は電極板を示す
。 第４図 第１図′ｏ′ 第１図仏′ 第２図′ｏ′ 第２図′ｂ′ 第３図 第５図′０」 第５図（功 第５図に」 第６図 第７図 第８図′ｏ′ 第８図′ｂ′ 第８図′Ｃノ 第８図「の 第９図′ＯＪ 第９図′ｂ′ 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向の一端に機械振動拡大部を配設し、他端にお
   ける縦振動共振モードの節面にわずかの量だけ半径方向
   外方に突出させた幅の狭い環状平担面を有するフランジ
   部を配設するとともに、該軸方向の他端に垂直な所定の
   面積を有する平坦面を有する第１の円筒体と、 前記第
   １の円筒体のフランジ部に対し十分な剛性および大きさ
   を有するとともに、内周壁の軸方向端部に軸に平行な円
   周面を有する内側面と軸に垂直な環状平面を有する底面
   とから成る段部を形成した環状体であつて、該段部の底
   面を前記第１の円筒体のフランジ部の機械振動拡大部側
   の小面積の環状平坦面に一様に係合するようにするとと
   もに、該段部の内側面を前記第１の円筒体のフランジ部
   の外径より若干大きな内径に設定して、該環状体内に第
   １の円筒体を同軸的に間挿したときにフランジ部の外周
   面との間に僅少の環状間隙を保持するように形成した環
   状剛体と、 所定の外径および長さを有する筒状体であ
   つてその基端部に所定の面積を有する軸に垂直な平坦面
   および所定の外径および肉厚より成り第１の円筒体のフ
   ランジ部の外径より充分大きな外径を有するフランジ部
   を有する第２の円筒体と、 前記第１および第２の円筒
   体の軸方向端面に配設した平坦面間に間挿され、電極板
   を挟むとともに超音波発振器に接続した一対の電歪素子
   から成り、該電歪素子の軸方向両端部の軸に垂直な平坦
   面が前記第１および第２の円筒体の平坦面より小の面積
   を有する超音波変換部と、 前記第１および第２の円筒
   体の平坦面間に前記超音波変換部の平坦面とを夫々当接
   させ、前記環状剛体と第２の円筒体のフランジ部とを締
   着することにより、第１の円筒体の小径フランジ部によ
   つて超音波変換部をその電歪素子の外側壁に近い位置で
   一体的に締着する締着手段とから成ることを特徴とする
   超音波変換器。 ２ 前記第１の円筒体のフランジ部の機械振動拡大部が
   わの環状平坦面と、前記環状剛体の段部の底面とをろう
   接、溶接等の手段により一体的に結合したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波変換器。 ３ 前記第１の円筒体の超音波変換部と当接する平坦面
   を軸方向に突出した突出平坦面としたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の超音波変換器。 ４ 前記第１の円筒体と前記環状剛体を一体構造にする
   とともに、前記第１の円筒体のフランジ部の外周壁と前
   記環状剛体の段部の内側面との間に形成される環状間隙
   として環状溝を穿設したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の超音波変換器。 ５ 前記第２の円筒体のフランジ部を、前記締着手段を
   締着する部分を残し、その間の肉厚を削除して花びら状
   の形状にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波変換器。 ６ 前記第２の円筒体に螺装部を形成し、該螺装部に係
   合する螺装部を有する付加物体を交換可能にすることよ
   り、機械振動拡大部先端に装着する加工用工具および超
   音波発生物体に応じて容易に変換器の共振を満足させる
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の超音波変換器。 ７ 小断面の機械振動出力端ならびに大断面の機械振動
   入力端を有する機械振動拡大用のブロツクにおいて、機
   械振動出力端より縦振動共振モード１／４波長の長さに
   相当する部位に、所定の肉厚より成る小径のフランジ部
   および該フランジ部に近接して機械振動入力端としての
   所定の面積を有する平坦面を配設した前記第１の円筒体
   としての機械振動拡大部と、 該機械振動拡大部の縦振
   動共振モードの節面の位置と一致して配設した前記小径
   フランジの機械振動出力端がわの環状平坦面において、
   該環状小面積部全面に一様に、かつ、強固に係合すると
   ともに、前記小径フランジ部を取り囲む環状空隙を形成
   する構成とした充分な剛性と重量を有する剛体としての
   厚肉の前記環状剛体と、 前記１／４波長より小なる所
   定の長さの部材より成りその基端部に所定の面積を有す
   る平坦面および所定の肉厚より成るフランジ部を配設し
   た第２の円筒体としてのバツキング用ブロツクと、 前
   記機械振動拡大部およびバツキング用ブロツクの平坦面
   間に配設され、かつ、超音波変換器に接続する一対の電
   歪素子を含み、その両端面が前記両ブロツクの平坦面よ
   り小なる面積より成る平坦面を有する前記超音波変換部
   と、 前記機械振動拡大部およびバツキング用ブロツク
   の平坦面間に前記変換部の平坦面を夫々当接させ、前記
   環状剛体を介して前記両フランジ部を、前記環状空隙な
   らびに前記超音波変換部を取り囲む態様にて一体的に締
   着する前記締着手段とから成り、 半波長基本縦振動共
   振系の節面とすべき部位をとり囲む機械振動拡大部のフ
   ランジ部の機械振動出力端がわの環状平坦面部を剛体的
   に拘束支持するとともに、前記超音波変換部を両フラン
   ジ間に一体的に締着し、全体として１／２波長の縦振動
   共振モードで共振させることを特徴とした特許請求の範
   囲第１項記載の超音波変換器。