TWI795331B - 超音波共振體的緊固構造及超音波加工裝置 - Google Patents

Abstract

母螺紋部24形成為涵蓋通過超音波放大器13的軸心之貫穿孔23的全長，並且分別形成在第1、第2增幅器14、15的軸心之超音波放大器13側的第1、第2公螺紋部25、26與母螺紋部24螺合而使超音波放大器13及第1、第2增幅器14、15在同軸上緊固，並且在貫穿孔23的內部第1、第2公螺紋部25、26的前端27、28沒有相互接觸，在具有被貫穿孔23的內壁及第1、第2公螺紋部25、26的前端27、28所包圍的空間部29之超音波放大器13的基部20之外周安裝有切斷刀刃12。藉此，可以提供一種簡單構成且尺寸精確度高，耐久性及動作穩定性優越之超音波共振體的緊固構造。

Description

超音波共振體的緊固構造及超音波加工裝置

發明領域

本發明為有關一種具備主要用於半導體晶圓等硬脆性材料（SiC或氧化鋁等）的加工之超音波加工裝置中的超音波共振體的緊固構造及利用該緊固構造予以緊固的超音波共振體之超音波加工裝置。

發明背景

以往，已知有在圓盤狀超音波放大器（R/L轉換體）的軸方向兩側使分別將第1、第2增幅器以同軸螺紋緊固之超音波共振體一邊超音波振動，一邊使該緊固軸旋轉以進行切斷等超音波加工之超音波加工裝置。接著，已經提出了用以將該超音波放大器及第1、第2增幅器在同軸上（同一軸心上）緊固的各種方法（構造）。例如，在專利文獻1中，提出在利用中央的螺絲以同軸一列狀結合超音波放大器、及具有支撐部的增幅器（第1、第2增幅器）之共振器中，在超音波放大器及增幅器雙方的對接面具備由位於以螺絲為中心的1個圓周上之環狀溝與嵌入環狀溝之突起所構成之嵌合機構。 又，在專利文獻2中，提出了在設置於切削刀片的基台部之基台部貫穿孔插穿螺栓構件並且與形成在轉軸的前端部之螺絲孔螺合，在將切削刀片與轉軸的前端部緊接固定時，使螺栓構件與基台部貫穿孔的內壁保持在非接觸狀態。又，在專利文獻2中，針對為了將切削刀片及轉軸的前端部以及間隔的軸心對位緊固之安裝輔助夾具也有所記載。 先前技術文獻 專利文獻

[專利文獻1]  日本特開2002-035695號公報 [專利文獻2]  日本特開2007-015095號公報 [專利文獻3]  日本實開昭54-35183號公報

發明概要 發明欲解決之課題

專利文獻1雖然構成為根據由環狀溝與嵌入環狀溝的突起所構成之嵌合機構，提升超音波放大器及兩側的增幅器（第1、第2增幅器）之同軸結合的精確度，但是在超音波放大器的兩側（與各增幅器的對接面）分別進行螺絲孔及環狀溝的加工時，必須輪替超音波放大器的一側及另一側，個別針對各面進行加工，根據該輪替，在超音波放大器的兩側之螺絲孔及環狀溝分別產生錯位（偏芯），而有所謂使超音波放大器及轉軸的軸心正確一致為困難之課題。 在專利文獻2中，由於在切削刀片的基台部設置基台部貫穿孔，不只是基台部的外周面，連同基台部貫穿孔的內壁（內周面）也會在半徑方向擴縮（振動）。因此，在利用螺栓構件緊固切削刀片及轉軸時，必須將切削刀片及轉軸精密定位（定芯），相對於基台部貫穿孔使螺栓構件沒有偏芯進行插穿，在螺栓構件的外周面及基台部貫穿孔的內壁之間涵蓋整個圓周形成均等的間隙，即使在振動產生時，使螺栓構件的外周面及基台部貫穿孔的內壁保持在非接觸狀態（不會相互干涉）。因此，雖然進行根據專用的安裝輔助夾具之定位，但是每次在更換消耗品之切削刀片時，都必須進行繁雜的軸心對位作業，而有所謂顯著缺乏維護性之課題。

又，如專利文獻2所示，在利用空氣軸承以可旋轉支撐轉軸（增幅器）之懸臂支撐構造中，當切削刀片（超音波放大器）與轉軸的軸心偏移時，在非支撐側會產生渦轉，無法使切削刀片高速旋轉，不只減低加工性能，而且根據強行使其高速旋轉，恐怕會損壞超音波共振體或軸承。再者，由於利用轉軸的前端部及間隔以從兩側挾入的方式利用貫穿螺栓固定切削刀片（超音波放大器），因此在切削刀片的軸方向產生壓縮應力，加上在共振狀態下根據共振於該處產生的內部應力，恐怕也會損壞切削刀片。 再者，在分別利用空氣軸承以可旋轉支撐超音波放大器兩側的增幅器之兩端支撐構造中，每次進行超音波放大器的更換，因應超音波放大器及兩側的增幅器的軸心偏移，必須一邊調整各空氣軸承與各增幅器之氣隙，一邊進行空氣軸承的定芯，不只是缺乏維護性，尤其在軸心偏移為大情況下，無法調整各空氣軸承與各增幅器之氣隙，而有所謂無法使用超音波放大器本身的課題。 由以上可知，期望可以正確且簡單將超音波放大器、及第1、第2增幅器在同軸上（同一軸心上）緊固之緊固構造的實現。

其中，在專利文獻3所揭露之高振幅用蘭杰文（Langevin）型振動子中，對於貫穿設置在前面板的中央孔而言從內端側（一端側）設置用以螺合構成為緊接構件之螺栓的公螺紋之螺紋孔（母螺紋部），並且從外端側（另一端側）設置用以連結放大器等之螺紋孔（母螺紋部），在一方螺紋部（母螺紋部）及另一方螺紋部（母螺紋部）之間存在有至少5mm以上之沒有設置母螺紋的部分。藉此，可以利用螺栓將電致伸縮元件及底板固定在前面板的一側，並且將放大器等螺絲固定安裝在前面板的另一側。 但是，該高振幅用蘭杰文型振動子為將利用電致伸縮元件產生的振動（變位）傳達到高振幅用蘭杰文型振動子的軸方向，並且利用另一側的放大器等增幅後輸出之驅動源，與上述之超音波加工裝置所使用的超音波放大器之類的R/L轉換體不同，並非是利用於將軸方向的振動轉換為半徑方向的振動者。因此，沒有在高振幅用蘭杰文型振動子（前面板）的外周安裝切斷刀刃（旋轉刀刃）予以使用，也沒有利用軸承以可旋轉支撐高振幅用蘭杰文型振動子本身。為此，對於前面板而言，不必將一側的電致伸縮元件及底板以及另一側的放大器等精密定位在同軸上。 又，在蘭杰文型振動子中，當在利用圓環狀的壓電元件所構成之電致伸縮元件施加高頻電壓時，電致伸縮元件（壓電元件）會振動而使其厚度周期性變化。藉此，對於利用螺栓旋緊之蘭杰文型振動子會造成應力變化，在該振動數與蘭杰文型振動子的固有振動數為一致的狀態，也就是共振的狀態下產生超音波振動。其結果為在蘭杰文型振動子的緊固軸方向中存在有以前面板的外端側之面與底板的外端側之面的位置作為腹部（antinode），並且以電致伸縮元件的位置作為節部（node）之半波長的駐波。此時，為了防止根據成為節部之電致伸縮元件的振動而使圓環狀的電致伸縮元件之中央孔的內周面、與貫穿電致伸縮元件的中央孔之螺栓相互干涉，而將電致伸縮元件的中央孔孔徑形成為比螺栓的外徑更大，在電致伸縮元件之中央孔的內周面、與螺栓的外周面之間設有間隙。由此也可以明確得知前面板、電致伸縮元件及底板不必定位在同軸上。相對於此，在超音波加工裝置中，將超音波振動子作為驅動源所產生之軸方向的振動利用R/L轉換體也就是超音波放大器轉換為半徑方向的振動，一邊使安裝在超音波放大器的外周之切斷刀刃在半徑方向振動，一邊以軸心為中心使超音波共振體旋轉以進行超音波加工。為此，在超音波加工裝置中，不只必須將超音波放大器及第1、第2增幅器的軸心精密定位在同軸上緊固，而且為了有效率振動切斷刀刃適當設定超音波放大器的形狀及對於超音波放大器之切斷刀刃的安裝位置等，但是在沒有安裝切斷刀刃的高振幅用蘭杰文型振動子中，針對此等也無須考量。 本發明為有鑑於該情況而開發出來者，目的在於提供一種簡單構成且尺寸精確度高，易於安裝及分解且維護性、耐久性及動作穩定性優越之超音波共振體的緊固構造及可以使超音波共振體穩定高速旋轉有效率進行超音波加工，而且靜音性及節能性優越之超音波加工裝置。 用於解決課題之手段

依照前述目的之有關第1發明之超音波共振體的緊固構造，為具有在外周具備切斷刀刃的超音波放大器、及分別連結在該超音波放大器的軸方向的一側及另一側之第1、第2增幅器，且藉由將連結在該第1、第2增幅器的任一方的自由端面之超音波振動子作為驅動源所產生之超音波的駐波，使R/L轉換體也就是前述超音波放大器一邊在與該超音波放大器的軸方向正交之半徑方向振動，一邊以該超音波放大器的軸心為中心旋轉，進行超音波加工之超音波共振體的緊固構造，其特徵在於：前述超音波放大器具有：基部；第1、第2突部，分別形成在該基部的軸方向的一側及另一側；貫穿孔，通過前述基部及前述第1、第2突部的軸心在軸方向貫穿該超音波放大器；及母螺紋部，分別從該貫穿孔兩側的開口端形成特定長度或是形成為涵蓋該貫穿孔的全長，前述第1增幅器具有形成或安裝在該第1增幅器的軸心之前述超音波放大器側並且與前述母螺紋部螺合之第1公螺紋部，前述第2增幅器具有形成或安裝在該第2增幅器的軸心之前述超音波放大器側並且與前述母螺紋部螺合之第2公螺紋部，前述超音波放大器及前述第1、第2增幅器使各自的軸心一致而在同軸上緊固，在前述貫穿孔的內部使前述第1、第2公螺紋部的前端沒有相互接觸，而在前述超音波放大器的軸心形成有被前述貫穿孔的內壁及前述第1、第2公螺紋部的前端所包圍的空間部，前述駐波的節部位置在前述基部之軸方向中央部且與前述空間重疊，前述基部的外周安裝有前述切斷刀刃。 其中，由於切斷刀刃（旋轉刀刃）為固定在超音波放大器的基部之狀態下被供給，因此在切斷刀刃產生磨耗或損傷的情況下，解除超音波放大器及第1、第2增幅器的緊固，將使用過（切斷刀刃已產生磨耗或損傷）的超音波放大器更換為新的（切斷刀刃未產生磨耗或損傷）超音波放大器。

在有關第1發明之超音波共振體的緊固構造中，前述第1公螺紋部的長度形成為在前述第1突部的軸方向長度以下，前述第2公螺紋部的長度形成為在前述第2突部的軸方向長度以下，前述空間部在軸方向貫穿前述基部，並且具有與該基部的軸方向長度同等以上的軸方向長度為佳。

在有關第1發明之超音波共振體的緊固構造中，前述超音波放大器的軸方向長度與前述駐波的波長之1/2長度相等，前述各第1、第2增幅器的軸方向長度與前述駐波的波長之1/2長度的自然數倍數相等為佳。

在有關第1發明之超音波共振體的緊固構造中，前述第1、第2突部分別形成為圓柱狀，前述第1突部的直徑及軸方向長度各自與前述第2突部的直徑及軸方向長度相等，前述貫穿孔的直徑為前述第1、第2突部的直徑之1/10至1/2的範圍為佳。

依照前述目的之有關第2發明之超音波加工裝置，其特徵為具備：有關第1發明之超音波共振體的緊固構造。

在有關第2發明之超音波加工裝置中，可以利用以可旋轉的方式只保持前述超音波振動子所連結之前述第1、第2增幅器的任一方之軸承部懸臂支撐前述超音波共振體。其中，軸承部適合使用氣體軸承。

在有關第2發明之超音波加工裝置中，也可以利用以可旋轉的方式分別保持前述第1、第2增幅器的第1、第2軸承部兩端支撐前述超音波共振體。其中，第1、第2軸承部的任一方或雙方適合使用氣體軸承。 發明效果

有關第1發明之超音波共振體的緊固構造，其藉由將設置在第1、第2增幅器的軸心之第1、第2公螺紋部所螺合的母螺紋部形成在設置於超音波放大器的軸心之貫穿孔，使超音波放大器及第1、第2增幅器的軸心精密一致，可以簡單且確實將此等在同軸上緊固，防止超音波共振體的旋轉時之渦轉。接著，藉由在貫穿孔的內部使第1、第2公螺紋部沒有相互接觸，而在超音波放大器的軸心形成在軸方向貫穿基部之空間部，可以增大超音波放大器的基部中之半徑方向的振幅，並且利用安裝在基部的外周之切斷刀刃有效率進行加工，而且可以提高超音波振動子發出的能量之利用效率。伴隨此點，沒有藉由在加工時產生在超音波共振體的振動使第1、第2公螺紋部相互接觸、干涉，可以防止異音的產生，有效防止由於摩耗等之貫穿孔及第1、第2公螺紋部的損壞。

有關第1發明之超音波共振體的緊固構造，因為駐波的節部存在於基部的軸方向中央部，因此在超音波放大器的軸方向長度與駐波的波長之1/2長度相等，各第1、第2增幅器的軸方向長度與駐波的波長之1/2長度的自然數倍數相等情況下，可以使節部的位置與切斷刀刃的安裝位置一致，有效利用產生在超音波共振體之超音波振動，可以有效率產生切斷刀刃的半徑方向之振動。

在有關第1發明之超音波共振體的緊固構造中，第1、第2突部分別形成為圓柱狀，前述第1突部的直徑及軸方向長度各自與前述第2突部的直徑及軸方向長度相等，貫穿孔的直徑為第1、第2突部的直徑之1/10至1/2範圍的情況下，貫穿孔的內壁具有充分的耐久性，可以形成空間部，而且即使沿著貫穿孔形成母螺紋部，在第1、第2突部的直徑（外徑）、與母螺紋部的外徑（螺谷的直徑）之間確保充分的厚度，可以防止第1、第2突部的損壞（裂紋）。

有關第2發明之超音波加工裝置，其藉由具備有關第1發明之超音波共振體的緊固構造，可以有效利用超音波振動而利用安裝在超音波放大器（基部）的外周之切斷刀刃有效率進行加工，靜音性及節能性優越。

在有關第2發明之超音波加工裝置中，即使利用軸承部以可旋轉只保持超音波振動子所連結之第1、第2增幅器的任一方懸臂支撐超音波共振體的情況下，藉由將超音波放大器及第1、第2增幅器在同軸上精密定位後予以緊固，在非支撐側不會產生渦轉，可以使超音波共振體高速旋轉，可以防止加工性能的降低。

在有關第2發明之超音波加工裝置中，即使在分別利用第1、第2軸承部以可旋轉保持第1或第2增幅器兩端支撐超音波共振體的情況下，因為將超音波放大器及第1、第2增幅器藉由貫穿孔在同軸上精密定位予以緊固，因此不必另外進行超音波共振體（第1、第2增幅器）與第1、第2軸承部的對芯，組裝作業性及維護性優越。

用以實施發明之形態

接著，一邊參照添付的圖面，一邊針對將本發明具體化之實施例進行說明，以理解本發明。 圖1、圖2所示之有關本發明之一實施例之具備超音波共振體的緊固構造10之圖1的超音波加工裝置11，其為利用一邊在半徑方向進行超音波振動一邊旋轉之切斷刀刃（加工具的一種）12進行SiC或氧化鋁等硬脆性材料的加工（切斷、切削、研削等）者。

如圖1、圖2所示，在超音波共振體的緊固構造10中，在外周安裝有切斷刀刃12之超音波放大器13的軸方向的一側及另一側分別連結圓柱狀的第1、第2增幅器14、15而構成超音波共振體16。該超音波共振體16根據將連結在第1增幅器14的自由端面17（在此為上端面）之超音波振動子（例如電致伸縮振動子）18作為驅動源所產生的超音波之駐波SW（軸方向的振動），使R/L轉換體也就是超音波放大器13一邊在與超音波放大器13的軸方向正交之半徑方向（圖2的箭頭a的方向）振動，一邊以超音波放大器13的軸心為中心旋轉以進行超音波加工。 接著，超音波放大器13具有：圓盤狀的基部20；分別在基部20的軸方向之一側及另一側突出，並且形成為比基部20更小直徑的圓柱狀之第1、第2突部21、22；通過基部20及第1、第2突部21、22的軸心而在軸方向貫穿超音波放大器13之貫穿孔23；及形成為涵蓋貫穿孔23的全長之母螺紋部24。

此時，第1突部21的直徑及軸方向長度各自與第2突部22的直徑及軸方向長度相等（第1突部21及第2突部22為相同形狀），並且使基部20及第1、第2突部21、22的軸心一致，呈同軸上配置。此外，第1、第2突部21、22的直徑雖然以使用的超音波在超音波放大器13傳播時之波長λ的1/4以下為佳，但是不限於此，可以適當選擇。又，第1增幅器14具有形成在第1增幅器14的軸心之超音波放大器13側並且以第1突部21的軸方向長度以下與母螺紋部24螺合之第1公螺紋部25，第2增幅器15具有形成在第2增幅器15的軸心之超音波放大器13側並且以第2突部22的軸方向長度以下與母螺紋部24螺合之第2公螺紋部26。

因此，在該超音波共振體的緊固構造10中，超音波放大器13及第1、第2增幅器14、15只要藉由將第1、第2公螺紋部25、26與形成在貫穿孔23之母螺紋部24螺合，就可以使各軸心精密一致在同軸上緊固，並且在貫穿孔23的內部使第1、第2公螺紋部25、26的前端27、28沒有相互接觸，而在超音波放大器13的軸心形成利用貫穿孔23的內壁及第1、第2公螺紋部25、26的前端27、28所包圍的空間部29。該空間部29在軸方向貫穿基部20，並且具有與基部20的軸方向長度同等以上的軸方向長度。接著，在基部20的外周安裝切斷刀刃12。又，第1、第2公螺紋部的長度雖然也會根據第1、第2突部的軸方向長度而有所不同，但只要是可以確實緊固並保持（固定）超音波放大器及第1、第2增幅器的範圍，可以適當選擇。

其中，貫穿孔23的直徑為第1、第2突部21、22的直徑之1/10至1/2的範圍為佳。藉由使貫穿孔23的直徑為第1、第2突部21、22的直徑之1/10以上，對於形成在貫穿孔23之母螺紋部24螺合接著第1、第2公螺紋部25、26，使超音波放大器13及第1、第2增幅器14、15強力固定，而且在基部20形成充分的空間部29，可以提高超音波放大器13中的振動效率。又，藉由使貫穿孔23的直徑為第1、第2突部21、22的直徑之1/2以下，使貫穿孔23的內壁（周壁）具有充分的耐久性，可以形成空間部29。接著，即使沿著貫穿孔23形成母螺紋部24，在第1、第2突部21、22的直徑（外徑）與母螺紋部24的外徑（螺谷的直徑）之間可以確保充分的厚度，防止第1、第2突部21、22的損壞（裂紋）。

又，如圖2所示，超音波放大器13的軸方向長度與產生在超音波共振體16之駐波SW的波長T之1/2長度（T/2）相等，各第1、第2增幅器14、15的軸方向長度與駐波的波長T之1/2長度（T/2）相等。其中，超音波放大器13及第1、第2增幅器14、15為了使超音波的傳播性相同，可以利用相同材質予以製作，也可以利用不同材質予以製作，該組合可以適當選擇。又，超音波放大器中之基部的軸方向長度與各第1、第2突部的軸方向長度之比可適當選擇。

超音波加工裝置11如圖1所示，對於底座30而言具有分別以可旋轉保持第1、第2增幅器14、15之第1、第2軸承部31、32，並且以兩端支撐超音波共振體16。其中，第1、第2軸承部31、32為空氣（氣體）軸承，雖然在第1增幅器14的外周中形成凸緣狀的支撐部33作為止推空氣軸承，但是第1、第2軸承部31、32的構造可以適當選擇。又，支撐部33雖然與第1增幅器14一體成形為佳，但是也安裝利用其他構件所形成者。

因為第1、第2公螺紋部25、26所螺合之母螺紋部24為沿著1個貫穿孔23予以形成，因此在將第1、第2公螺紋部25、26與母螺紋部24螺合時，可以使第1、第2公螺紋部25、26的軸心不會在超音波放大器13（貫穿孔23）之軸方向的一側及另一側偏移，將超音波放大器13及第1、第2增幅器14、15精確度佳在同軸上緊固。其結果為不需要在利用第1、第2軸承部31、32支撐（保持）超音波共振體16（第1、第2增幅器14、15）時之對芯作業。換言之，每次在更換消耗品之超音波放大器13時，由於不必進行耗時的對芯作業（位置調整），因此可以提升維護性。

在超音波加工裝置11中，如圖1所示，在超音波振動子18的一側（在此為上端側）以其軸心與超音波共振體16的軸心一致方式連結旋轉軸36。接著，在旋轉軸36的軸方向（長度方向）之中間位置設置滑移環37，並且構成為透過該滑移環37使來自高頻發振器38的驅動用訊號輸入到超音波共振體16的構成。從高頻發振器38透過滑移環37所輸入之驅動用訊號藉由貫穿旋轉軸36的內部之訊號線（未圖示）傳達到超音波共振體16。

在旋轉軸36的一側中，連結有使超音波共振體16（第1增幅器14、超音波放大器13及第2增幅器15的連結構造體）連同超音波振動子18一起旋轉之旋轉驅動源39（例如電動機）的輸出軸40透過非接觸接頭的一例也就是非接觸式磁性接頭41。該非接觸式磁性接頭41具備：安裝在旋轉驅動源39的輸出軸40之另一端部之驅動側磁力部42、及安裝在旋轉軸36的一端部而與驅動側磁力部42對向之從動側磁力部43。非接觸式磁性接頭41（驅動側磁力部42及從動側磁力部43）的構造可以適當使用以往既知者，其為藉由在配置成逆極性的磁極面與磁極面相互對向的驅動側磁力部42的永久磁鐵（未圖示）與從動側磁力部43的永久磁鐵（未圖示）之間產生的引力，使驅動側磁力部42及從動側磁力部43以非接觸予以連結者。藉此，可以將來自旋轉驅動源39之旋轉動力從輸出軸40透過非接觸式磁性接頭41傳達到旋轉軸36，使超音波共振體16連同超音波振動子18一起旋轉。如此一來，因為旋轉軸36與旋轉驅動源39的輸出軸40之間為透過非接觸式磁性接頭41予以連結，因此相對於輸出軸40的軸心，即使超音波共振體16（旋轉軸36）的軸心位置偏移、或是軸心傾斜，都可以相互不干涉維持平順的旋轉狀態。

在利用如以上所構成之超音波加工裝置11進行加工（切斷、切削、研削等）時，藉由利用旋轉驅動源39使超音波共振體16旋轉，使安裝在超音波放大器13（基部20的外周）之切斷刀刃12旋轉。同時，藉由超音波振動子18產生的振動，如圖2所示，在超音波共振體16內產生超音波振動之駐波（定常波）SW（軸方向的振動），並且利用超音波放大器（R/L轉換體）13使切斷刀刃12在半徑方向（箭頭a的方向）超音波振動。其中，如先前說明所示，藉由超音波放大器13的軸方向長度與產生在超音波共振體16之駐波SW的波長T之1/2長度（T/2）相等，第1、第2增幅器14、15的軸方向長度與產生在超音波共振體16之駐波SW的波長T之1/2長度（T/2）相等，可以將超音波共振體16小型化（最短化），而且減少在超音波共振體16內之駐波SW的衰減，可以有效率形成駐波SW。

此時，第1增幅器14的一側（與超音波放大器13的相反側）之自由端面17、超音波放大器13的兩端面（超音波放大器13與第1、第2增幅器14、15的連接端面）及第2增幅器15的另一側（與超音波放大器13的相反側）之自由端面46的位置成為駐波SW的腹部（波腹；Antinode、AN），各第1增幅器14、超音波放大器13及第2增幅器15的軸方向（長度方向）之中央部位置成為駐波SW的節部（波節；Node）。因此，藉由將超音波放大器13的基部20之軸方向中央部及支撐部33的位置分別與駐波SW的節部位置對應，可以有效利用超音波振動，將R/L轉換體也就是超音波放大器13的基部20在與超音波放大器13的軸方向正交之半徑方向（箭頭a的方向）振動。接著，藉由配合基部20的軸方向中央部（駐波SW的節部位置）在基部20的外周安裝切斷刀刃12，可以使切斷刀刃12連同基部20一起在半徑方向振動。此時，也可以在圓盤狀的基部20之外周面的厚度方向中央部沿著外周面設置之環狀突起部（未圖示）安裝切斷刀刃12。

尤其是，根據在超音波放大器13的軸心形成在軸方向貫穿基部20的空間部29，不只是使基部20的外周在半徑方向外側振動，而且也使空間部29的內壁47也在半徑方向內側（空間部29的內側）振動，增加振動的自由度，在超音波放大器13（基部20）的半徑方向得到大的振幅，使安裝在基部20外周之切斷刀刃12在半徑方向（箭頭a的方向）振動而可以有效率進行加工，可以提高超音波振動子18發出的能量之利用效率。又，利用在加工時產生在超音波共振體16（基部20）的振動，即使空間部29的內壁47在半徑方向內側（空間部29的內側）振動，在空間部29也不會有內壁47及第1、第2公螺紋部25、26相互接觸、干涉的情況，因此不只是可以防止異音的產生，也可以有效防止根據磨耗等之貫穿孔23及第1、第2公螺紋部25、26的損壞，可以圖謀超音波共振體16的長壽命化。接著，空間部29具有與基部20的軸方向長度同等以上的軸方向長度而在軸方向貫穿基部20， 因此即使根據超音波放大器13之各部的尺寸誤差等之影響而使駐波SW的節部位置在基部20的軸方向（圖2的左右方向）有所偏移，駐波SW的節部位置會與空間部29重疊，而不會有根據基部20的振動而使內壁47及第1、第2公螺紋部25、26相互接觸、干涉的情況，可以有效利用產生在超音波放大器13的振動能源。

又，若是將第1、第2增幅器的軸方向長度與產生在超音波共振體之駐波的波長T之1/2長度（T/2）的自然數倍數相等，第1增幅器一側的自由端面及第2增幅器另一側的自由端面的位置會成為駐波的腹部，可以得到與前述相同的作用、效果。因此，依據使用的超音波之振動數，藉由在滿足上述的關係之範圍內調整（選擇）超音波放大器及第1、第2增幅器之各自的軸方向長度，易於產生駐波。

其次，針對超音波共振體的緊固構造之變形例進行說明。 圖3（A）所示之第1變形例之超音波共振體的緊固構造48與超音波共振體的緊固構造10的相異處，其為第1增幅器49具有：透過連結用母螺紋部50安裝在第1增幅器49之超音波放大器13側並且以第1突部21的軸方向長度以下與母螺紋部24螺合之第1公螺紋部（無頭螺絲）51之點。 圖3（B）所示之第2變形例之超音波共振體的緊固構造52與超音波共振體的緊固構造10的相異處，其為第2增幅器53具有：透過連結用母螺紋部54安裝在第2增幅器53之超音波放大器13側並且以第2突部22的軸方向長度以下與母螺紋部24螺合之第2公螺紋部（無頭螺絲）55之點。 圖3（C）所示之第3變形例之超音波共振體的緊固構造56與超音波共振體的緊固構造10的相異處，其為第1增幅器49具有：透過連結用母螺紋部50安裝在第1增幅器49之超音波放大器13側並且以第1突部21的軸方向長度以下與母螺紋部24螺合之第1公螺紋部（無頭螺絲）51，第2增幅器53具有：透過連結用母螺紋部54安裝在第2增幅器53之超音波放大器13側並且以第2突部22的軸方向長度以下與母螺紋部24螺合之第2公螺紋部（無頭螺絲）55之點。無論是哪一個變形例都可以得到與超音波共振體的緊固構造10相同的作用、效果。

又，在本實施例及其變形例中，雖然涵蓋貫穿孔23的全長形成母螺紋部24，但若是配合第1、第2公螺紋部的長度，從貫穿孔的兩側（長度方向的一側及另一側）之各開口端分別只形成特定長度的母螺紋部，可以將第1、第2增幅器緊固在超音波放大器的軸方向之一側及另一側，形成在軸方向貫穿基部的空間部，可以得到與超音波共振體的緊固構造10相同的作用、效果。

以上，雖然參照實施例說明本發明，但是本發明並非為限定於記載在任何上述的實施例之構成，其為包含在記載於請求項的事項之範圍內可以想像的到的其他實施例或變形例者。 例如，在上述實施例中，雖然在第1、第2軸承部使用空氣（氣體）軸承，但是在兩端支撐超音波共振體的情況下，第1、第2軸承部只要是能夠各自以可旋轉支撐第1、第2增幅器即可，可以在第1軸承部使用機械軸承（例如滾珠軸承等轉動軸承），在第2軸承部使用空氣（氣體）軸承，也可以在第1、第2軸承部都使用機械軸承（例如滾珠軸承等轉動軸承）。又，在第1及/或第2軸承部使用機械軸承情況下，期許將設置在第1及/或第2增幅器內之駐波的節部（波節）位置之支撐部固定在使第1及/或第2增幅器呈同心狀固定在內部並且與超音波共振體一起旋轉之圓筒狀的內殼，利用機械軸承以可旋轉支撐該內殼。

在上述實施例中，雖然在第1增幅器安裝超音波振動子，但是也可以將超音波振動子安裝在第2增幅器。又，如上述實施例所示，取代利用各自以可旋轉支撐第1、第2增幅器之第1、第2軸承部兩端支撐超音波共振體的構成，也可以構成為利用以可旋轉只保持超音波振動子所連結之第1、第2增幅器之任一方之軸承部懸臂支撐超音波共振體的構成。接著，在超音波振動子中連接旋轉驅動源。對於此時之軸承部可以使用空氣（氣體）軸承，也可以使用機械軸承（例如滾珠軸承等轉動軸承）。 再者，在上述實施例中，雖然是透過非接觸接頭的一例也就是非接觸式磁性接頭將旋轉驅動源間接性與旋轉軸連結，但是旋轉驅動源只要是能夠使超音波共振體旋轉即可，可以將旋轉驅動源直接與旋轉軸連結，也可以透過可撓性接頭將旋轉驅動源與旋轉軸連結。 又，在上述實施例中，以沒有連結超音波振動子之第2增幅器側為鉛直向下的方式將超音波共振體的軸心朝向鉛直方向配置，可以使第2增幅器側為傾斜向下的方式將超音波共振體的軸心傾斜配置，也可以將超音波共振體的軸心朝向水平方向配置。 產業上的可利用性

有關本發明之超音波共振體的緊固構造，其藉由將設置在第1、第2增幅器的軸心之第1、第2公螺紋部所螺合之母螺紋部形成在設置在超音波放大器的軸心之貫穿孔，易於使超音波放大器及第1、第2增幅器的軸心精密一致。 接著，藉由在貫穿孔的內部使第1、第2公螺紋部的前端沒有相互接觸，而在超音波放大器的軸心形成在軸方向貫穿基部之空間部，增大超音波放大器的基部中之半徑方向的振幅，並且利用安裝在基部的外周之切斷刀刃可以有效率進行加工，提高超音波振動子發出的能量之利用效率，而且不會有加工時利用發生在超音波共振體之振動使第1、第2公螺紋部相互接觸、干涉情況，可以防止異音的發生，有效防止根據磨耗等之貫穿孔及第1、第2公螺紋部的損壞，可以更提高使用效率。

10:超音波共振體的緊固構造 11:超音波加工裝置 12:切斷刀刃 13:超音波放大器 14:第1增幅器 15:第2增幅器 16:超音波共振體 17:自由端面 18:超音波振動子 20:基部 21:第1突部 22:第2突部 23:貫穿孔 24:母螺紋部 25:第1公螺紋部 26:第2公螺紋部 27、28:前端 29:空間部 30:底座 31:第1軸承部 32:第2軸承部 33:支撐部 36:旋轉軸 37:滑移環 38:高頻發振器 39:旋轉驅動源 40:輸出軸 41:非接觸式磁性接頭 42:驅動側磁力部 43:從動側磁力部 46:自由端面 47:內壁 48:超音波共振體的緊固構造 49:第1增幅器 50:連結用母螺紋部 51:第1公螺紋部（無頭螺絲） 52:超音波共振體的緊固構造 53:第2增幅器 54:連結用母螺紋部 55:第2公螺紋部（無頭螺絲） 56:超音波共振體的緊固構造 a:半徑方向 AN:波腹 Node:波節 SW:駐波

圖1為顯示有關本發明之一實施例之具備超音波共振體的緊固構造之超音波加工裝置的主要部分之部分剖面正面圖。 圖2為顯示產生在同超音波加工裝置的超音波共振體內之駐波的狀態之說明圖。 圖3（A）為顯示同超音波共振體的緊固構造之第1變形例的主要部分剖面正面圖，（B）為顯示同超音波共振體的緊固構造之第2變形例的主要部分剖面正面圖，（C）為顯示同超音波共振體的緊固構造之第3變形例的主要部分剖面正面圖。

10:超音波共振體的緊固構造

11:超音波加工裝置

12:切斷刀刃

13:超音波放大器

14:第1增幅器

15:第2增幅器

16:超音波共振體

17:自由端面

18:超音波振動子

20:基部

21:第1突部

22:第2突部

23:貫穿孔

24:母螺紋部

25:第1公螺紋部

26:第2公螺紋部

27、28:前端

29:空間部

30:底座

31:第1軸承部

32:第2軸承部

33:支撐部

36:旋轉軸

37:滑移環

38:高頻發振器

39:旋轉驅動源

40:輸出軸

41:非接觸式磁性接頭

42:驅動側磁力部

43:從動側磁力部

46:自由端面

47:內壁

Claims (7)

1. 一種超音波共振體的緊固構造，為具有在外周具備切斷刀刃的超音波放大器、及分別連結在該超音波放大器的軸方向的一側及另一側之第1、第2增幅器，且藉由將連結在該第1、第2增幅器的任一方之自由端面的超音波振動子作為驅動源所產生之超音波的駐波，使R/L轉換體也就是前述超音波放大器一邊在與該超音波放大器的軸方向正交之半徑方向振動，一邊以該超音波放大器的軸心為中心旋轉，進行超音波加工之超音波共振體的緊固構造，其特徵在於： 前述超音波放大器具有： 基部； 第1、第2突部，分別形成在基部的軸方向之一側及另一側； 貫穿孔，通過前述基部及前述第1、第2突部的軸心在軸方向貫穿該超音波放大器；及 母螺紋部，分別從該貫穿孔兩側的開口端形成特定長度或形成為涵蓋該貫穿孔的全長， 前述第1增幅器具有形成或安裝在該第1增幅器的軸心之前述超音波放大器側並且與前述母螺紋部螺合之第1公螺紋部， 前述第2增幅器具有形成或安裝在該第2增幅器的軸心之前述超音波放大器側並且與前述母螺紋部螺合之第2公螺紋部， 前述超音波放大器及第1、第2增幅器使各自的軸心一致而在同軸上緊固， 在前述貫穿孔的內部使前述第1、第2公螺紋部的前端沒有相互接觸，而在前述超音波放大器的軸心形成有被前述貫穿孔的內壁及前述第1、第2公螺紋部的前端所包圍的空間部， 前述駐波的節部位置在前述基部的軸方向中央部且與前述空間部重疊， 前述基部的外周安裝有前述切斷刀刃。
2. 如請求項1之超音波共振體的緊固構造，其中前述第1公螺紋部的長度形成為在前述第1突部的軸方向長度以下，前述第2公螺紋部的長度形成為在前述第2突部的軸方向長度以下，前述空間部在軸方向貫穿前述基部，並且具有與該基部的軸方向長度同等以上的軸方向長度。
3. 如請求項1或2之超音波共振體的緊固構造，其中前述超音波放大器的軸方向長度與前述駐波的波長之1/2長度相等，前述各第1、第2增幅器的軸方向長度與前述駐波的波長之1/2長度的自然數倍數相等。
4. 如請求項1或2之超音波共振體的緊固構造，其中前述第1、第2突部分別形成為圓柱狀，前述第1突部的直徑及軸方向長度各自與前述第2突部的直徑及軸方向長度相等，前述貫穿孔的直徑為前述第1、第2突部的直徑之1/10至1/2的範圍。
5. 一種超音波加工裝置，其特徵為：具備請求項1或2之超音波共振體的緊固構造。
6. 如請求項5之超音波加工裝置，其中利用以可旋轉的方式只保持前述超音波振動子所連結之前述第1、第2增幅器的任一方之軸承部懸臂支撐前述超音波共振體。
7. 如請求項5之超音波加工裝置，其中利用以可旋轉的方式分別保持前述第1、第2增幅器的第1、第2軸承部兩端支撐前述超音波共振體。

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