(57)【要約】【課題】ボルト締めランジュバン型振動子の圧電素子に加わる荷重を均一にし、圧電素子の破壊を防止し、振動子の振動状態のばらつきを小さくし、スプリアス共振周波数を高くするための新たな方法を提供することを第一の課題とし、特に、圧電素子の発熱を抑制したボルト締めランジュバン型振動子及びボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置を提供することを第二の課題としている。【解決手段】電歪効果を有する複数の圧電素子4a,4bと、前記圧電素子間に挿入される電極5a,5bと、前記圧電素子及び前記電極を挟持する一対の金属ブロック3a,3bと、前記金属ブロックを締結するボルト2とを有するボルト締めランジュバン型振動子において、金属ブロックの少なくとも一方の他部品と当接する端面に円錐状の凹面A,Bを形成し、ボルトを締め付けて、金属ブロックの円錐状の凹面を圧電素子の表面あるいは電極の表面に押圧して組み立ている。【選択図】図１
2014168736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電歪効果を有する複数の圧電素子と、前記圧電素子と交互に重ね合わされた電極と、前記圧電素子及び前記電極を挟持する一対の金属ブロックと、前記金属ブロックを締結するボルトとを有するボルト締めランジュバン型振動子において、
前記一対の金属ブロックのそれぞれ向かい合う端面のうちの少なくともいずれか一方に前記ボルトの軸を中心とする円錐状の凹面を形成し、
前記ボルトを締め付けて、前記金属ブロックの円錐状の凹面を圧電素子の表面又は電極の表面に押圧して組み立てた
ことを特徴とするボルト締めランジュバン型振動子。
【請求項２】
前記凹面が形成された前記金属ブロックの端面の全てを円錐状の凹面とした請求項１に記載のボルト締めランジュバン型振動子。
【請求項３】
前記凹面が形成された前記金属ブロックの端面の一部を円錐状の凹面とした請求項１に記載のボルト締めランジュバン型振動子。
【請求項４】
前記金属ブロックの円錐状の凹面を断面が直線的な円錐面とした請求項２または請求項３に記載のボルト締めランジュバン型振動子。
【請求項５】
前記金属ブロックの他部品と当接する端面を円錐状の凹面を断面が曲線的な円錐面とした請求項２または請求項３に記載のボルト締めランジュバン型振動子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト締めランジュバン型振動子及びボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置に関し、特に金属ブロックと圧電素子との界面に生ずる締付けによる押圧力（圧縮与圧）を改善したボルト締めランジュバン型振動子及びボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ：Bolt-clamped Langevin-type Transducer）は、図１１に示したように電歪効果を有する複数の環状の圧電素子１４ａ、１４ｂと、該圧電素子１４ａ、１４ｂと交互に重ね合わされた環状の電極１５ａ、１５ｂと、該圧電素子１４ａ、１４ｂ及び電極１５ａ、１５ｂを挟持する一対の円柱状の金属ブロック１３ａ、１３ｂと、該金属ブロック１３ａ、１３ｂの軸心に穿設された穴に螺合して両金属ブロック１３ａ、１３ｂ間を締結するボルト１２から構成されている。
【０００３】
この圧電素子１４ａ、１４ｂに加わる押圧力（圧縮与圧）がばらつくとランジュバン振動子の品質が安定しないという問題がある。また、押圧力が所定範囲を外れると極端な場合には圧電素子が破壊することもある。そのため、ボルト締めによる圧電素子の押圧力は厳重に管理されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、圧電素子に加わる荷重を均一にし、圧電素子の破壊を防止し、振動子の振動状態のばらつきを小さくし、スプリアス共振周波数を高くする方法として、金属ブロックの一方の材料を所定値以上のヤング率を持つ材料を使用することが提案されていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、圧電素子と各構成部品の接触部に隙間が有ると振動効率が低下するとして、接触部に接着剤を塗布して接触部の隙間を低減させる方法が提案されていた。（例えば、特許文献３、４参照）。
しかし従来の対策だけでは、一定の効果が期待できるものの十分ではなく、特に圧電素子の発熱による特性劣化や破壊の問題を解決するのに有効な新たな手段が求められていた。
【０００６】
例えば、ボルト締めランジュバン型振動子を高周波で用いる等のために、金属ブロックの全長だけを短くすることがあるが、金属ブロックの全長だけを短くすると、金属ブロックと圧電素子との界面に生じる締め付けによる圧縮与圧が、特に外周部において著しく低下し、発熱によるボルト締めランジュバン型振動子の特性劣化や破壊を引き起こすといわれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４３６９７号公報
【特許文献２】特開平８−８９８９３号公報
【特許文献３】特開２００５−２７８３９０号公報
【特許文献４】特開平９−２３９３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ボルト締めランジュバン型振動子の圧電素子に加わる荷重を均一にし、圧電素子の破壊を防止し、振動子の振動状態のばらつきを小さくし、スプリアス共振周波数を高くするための新たな方法を提供することを第一の課題とし、特に、圧電素子の発熱を抑制したボルト締めランジュバン型振動子及びボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置を提供することを第二の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載のボルト締めランジュバン型振動子では、電歪効果を有する複数の圧電素子と、前記圧電素子と交互に重ね合わされた電極と、前記圧電素子及び前記電極を挟持する一対の金属ブロックと、前記金属ブロックを締結するボルトとを有するボルト締めランジュバン型振動子において、一対の金属ブロックのそれぞれ向かい合う端面のうちの少なくともいずれか一方に前記ボルトの軸を中心とする円錐状の凹面を形成し、ボルトを締め付けて、金属ブロックの円錐状の凹面を圧電素子の表面又は電極の表面に押圧して組み立てる。
【００１０】
このように構成したことにより、ボルトを締め付けると、金属ブロックの円錐状の凹面は圧電素子の表面に密着するように変形して、均等の押圧力を与える。又は、金属ブロックの円錐状の凹面は電極の表面に密着するように変形して、均等の押圧力を与える。このように、圧電素子の表面と電極の表面にそれぞれ均等の押圧力を与えると、圧電素子の表面と電極の表面より内側にある圧電素子と電極は均等の押圧力を圧縮与圧として与えられる。そのため、圧電素子の破壊は防止でき、振動子の振動状態のばらつきは小さくなり、スプリアス共振周波数を高くすることができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載のボルト締めランジュバン型振動子は、凹面が形成された金属ブロックの端面の全てを円錐状の凹面としている。
このように構成したことにより、ボルトを締め付けたときに、金属ブロックの円錐状の凹面は圧電素子や電極の表面に密着するように変形して、均等の押圧力を圧縮与圧として与えることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載のボルト締めランジュバン型振動子は、凹面が形成された前記金属ブロックのそれぞれ向かい合う端面の一部を円錐状の凹面としている。
このように構成したことにより、ボルトを締め付けたときに、金属ブロックの円錐状の凹面は圧電素子や電極の表面に密着するように変形して、ほぼ均等の押圧力を圧縮与圧として与えることができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載のボルト締めランジュバン型振動子は、金属ブロックの円錐状の凹面を断面が直線的な円錐面としている。
このように構成したことにより、ボルトを締め付けたときに、金属ブロックの円錐状の凹面は圧電素子や電極の表面に密着するように変形して、ほぼ均等の押圧力を圧縮与圧として与えることができる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載のボルト締めランジュバン型振動子は、金属ブロックの他部品と当接する端面を円錐状の凹面を断面が曲線的な円錐面としている。
このように構成したことにより、ボルトを締め付けたときに、金属ブロックの円錐状の凹面は圧電素子や電極の表面に密着するように変形して、ほぼ均等の押圧力を圧縮与圧として与えることができる。
【００１５】
本発明の請求項６に記載のボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置は、上記した請求項１から請求項５に記載のいずれかのボルト締めランジュバン型振動子を用いている。
このように構成したことにより、圧電素子の発熱を低く抑制して、超音波溶着サイクルを長時間繰り返しても安定した発振状態を保つ超音波溶着装置を実現している。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、（１）ボルト締めランジュバン型振動子の圧電素子に加わる荷重を均一にし、（２）圧電素子の破壊を防止し、（３）振動子の振動状態のばらつきを小さくし、（４）スプリアス共振周波数を高くすることができる。（５）圧電素子の発熱を抑制したボルト締めランジュバン型振動子及びボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置を提供することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の構成を示した断面図。
【図２】本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の分解断面図。
【図３】本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の金属ブロックと圧電素子の円錐面の傾斜角度（θ）を示した図。
【図４】本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子で円錐面の傾斜角度（θ）を変化させたときの圧電素子の応力の状況を有限要素法でシュミレーションして示したグラフ。
【図５】本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置の一部を断面とした右側面図。
【図６】本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の外観を示した正面図。
【図７】本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の断面図。
【図８】本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子で円錐面の傾斜角度（θ）を変化させたときの温度上昇状況を実測して示したグラフ。
【図９】本発明の第三の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の金属ブロックと圧電素子の円錐面の傾斜角度（θ）を示した図。
【図１０】本発明の第四の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の金属ブロックと圧電素子の円錐面の傾斜角度（θ）を示した図。
【図１１】従来のボルト締めランジュバン型振動子の構成を示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本発明の第一の実施の形態）
図１に、本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の構成を示す断面図を示した。図１で、本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ）は、電歪効果を有する複数の環状の圧電素子４ａ、４ｂと、該圧電素子４ａ、４ｂと交互に重ね合わされた環状の電極５ａ、５ｂと、該圧電素子４ａ、４ｂ及び電極５ａ、５ｂを挟持する一対の円柱状の金属ブロック３ａ、３ｂと、該金属ブロック３ａ、３ｂの軸心に穿設された穴に螺合することで両金属ブロック３ａ、３ｂ間を締結するボルト２から構成されている。
【００１９】
本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子では、両金属ブロック３ａ、３ｂのそれぞれ向かい合う端面に、ボルト２の軸を中心とする円錐状の凹部が形成されている。
具体的には、一方の金属ブロック３ａが圧電素子４ａに当接する端面に円錐状の凹面（Ａ）を形成し、ボルト２を締め付けたときに、前記金属ブロック３ａの円錐状の凹面（Ａ）が圧電素子４ａの表面を押圧するようにしている。また、他方の金属ブロック３ｂが電極５ｂに当接する端面に円錐状の凹面（Ｂ）を形成し、ボルト２を締め付けたときに、前記金属ブロック３ｂの円錐状の凹面（Ｂ）が電極５ｂの表面を押圧するようにしている。
【００２０】
図２に、本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の分解断面図を示した。図１と図２では、金属ブロック３ａが圧電素子４ａに当接する端面に円錐状の凹面（Ａ）と、金属ブロック３ｂの円錐状の凹面（Ｂ）を理解しやすいように傾斜角度を強調して示したが、円錐斜面の傾斜角度は微小な角度である。そのため、図２の状態に各部品を配置して、図１のようになるようにボルト２を締め付けると、金属ブロック３ａの円錐状の凹面（Ａ）は外周部から先に圧電素子４ａに接触し、強い締結力が付加されるボルト２周辺の中央部分が後に接触していき、最終的には凹面（Ａ）全体が圧電素子４ａの表面に密着するように変形して、均等の押圧力を与える。同様に、金属ブロック３ｂの円錐状の凹面（Ｂ）は外周部から先に電極５ｂに接触し、強い締結力が付加されるボルト２周辺の中央部分が後に接触していき、最終的には凹面（Ｂ）全体が電極５ｂの表面に密着するように変形して、均等の押圧力を与える。
【００２１】
第一の実施の形態では、金属ブロック３ａ、３ｂの円錐状の凹面（Ａ）（Ｂ）の円錐面の傾斜角度について、複数の角度を設定して有限要素法を用いたシミュレーションを行った。
図３に、有限要素法を用いたシミュレーションを行った際の、本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の金属ブロックと圧電素子の円錐面の傾斜角度（θ）を示した。解析するボルト締めランジュバン型振動子の形状は軸対称かつ上下対称なので、ボルト締めランジュバン型振動子の全体の内１／４の断面のみを対象にして解析を行った。なお、図３は第一の実施の形態における一方の金属ブロック３ａと圧電素子４ａとの拡大断面であり、圧電素子は圧電セラミックを用い、金属ブロックの材質をジュラルミンとして解析を進めた。
【００２２】
図４に、円錐面の傾斜角度（θ）を変化させたときの中心軸（ボルト２の軸）からの距離に応じた圧電素子の応力（圧縮応力）の有限要素法を用いたシミュレーション結果を示した。傾斜角度（θ）の値としては、０（ｒａｄ）、１．０×１０-3（ｒａｄ）、２．０×１０-3（ｒａｄ）、２．２×１０-3（ｒａｄ）、２．４×１０-3（ｒａｄ）、２．６×１０-3（ｒａｄ）、２．８×１０-3（ｒａｄ）の場合をシミュレーションした。図４の結果を見ると、（１）円錐面の傾斜角度（θ）の違いが、金属ブロックと圧電素子の接触界面に加わる圧縮与圧（圧縮応力）の分布を大きく変化させている。（２）最も平坦な圧縮与圧分布になる傾斜角度がある、ことが分かる。
【００２３】
図４では、傾斜角度（θ）が太実線で示す２．０×１０-3（ｒａｄ）のときが、最も平坦な圧縮与圧分布、即ち最適値となった。このことから、（１）円錐面の傾斜角度（θ）の違いが、金属ブロックと圧電素子の接触界面に加わる圧縮与圧の分布を大きく変化させている、（２）最も平坦な圧縮与圧分布になる傾斜角度（最適値）がある、という結論を得た。
【００２４】
このように、圧電素子４ａの表面と電極５ｂの表面にそれぞれ均等の押圧力を与えると、圧電素子４ａの表面と電極５ｂの表面より内側にある圧電素子４ａ、４ｂと電極５ａ、５ｂは均等の押圧力を圧縮与圧として与えられることになる。そのため、圧電素子の破壊を防止でき、振動子の振動状態のばらつきを小さくでき、スプリアス共振周波数を高くすることができることとなる。
【００２５】
そして、圧電素子４ａ、４ｂに加わる荷重を均一にしたボルト締めランジュバン型振動子を固定ホーンに組み込み、固定ホーンの先にブースタホーンと工具ホーンを取り付けて、ボルト締めランジュバン型振動子を超音波振動させれば、工具ホーンの先端は所定の周波数と振幅で振動する。超音波振動する工具ホーンの先端をプラスチック製のワーク表面に押圧することで、ワークを超音波溶着することができる。
【００２６】
図５に、本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置の一部を断面とした右側面図を示す。
図５では、固定ホーン６、ブースタホーン７と工具ホーン９を一体にした状態で可動枠３５に組付けている。固定ホーン６には、本発明のボルト締めランジュバン型振動子を内蔵している。可動枠３５は、固定枠３６に取付けたプレス機構としてのエアシリンダ３７のピストンロッド３８の下端部に取付けられ、エアシリンダ３７の駆動により昇降して受治具４１上のワーク４２を溶着するようにしている。図３では、工具ホーン９はワーク４２の上方に位置し、ワーク４２を押し当てていないが、溶着時は、エアシリンダ３７の駆動により超音波振動する工具ホーン９がワーク４２を押圧してワーク４２を溶着する。
【００２７】
本発明の第一の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置によれば、圧電素子４ａ、４ｂに加わる荷重を均一にすることで圧電素子４ａ、４ｂの発熱が低く抑制されるので、超音波溶着サイクルを長時間繰り返しても安定した発振状態を保つことができる。
【００２８】
なお上記では、金属ブロック３ａと３ｂにそれぞれ円錐状の凹面（Ａ）、（Ｂ）を設けた場合を説明したが、金属ブロック３ａか３ｂのいずれか一方にのみ円錐状の凹面を設けた場合でも、その場合に応じた円錐状の凹面の傾斜角度を選定することで本発明の効果が得られる。
【００２９】
（本発明の第二の実施の形態）
図６に、本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の外観を示した正面図を示し、図７に、本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の断面図を示す。
【００３０】
本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子では、４つの環状の圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに４つの環状の電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを交互に重ね、ボルト２を圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに通して、ボルト２の一端に金属ブロック３ａをネジ込み、ボルト２の他端に金属ブロック３ｂを通した後、ナット１をネジ締めする構造にしている。圧電素子を４つにしたのは、出力を大きくして、いわゆる強力超音波溶着を行うためである。
【００３１】
なお、本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子においても、両金属ブロック３ａ、３ｂのそれぞれ向かい合う端面に、ボルト２の軸を中心とする円錐状の凹部が形成されている。
具体的には、一方の金属ブロック３ａが最も一側の圧電素子４ａに当接する端面に円錐状の凹面（Ａ）を形成し、ボルト２を締め付けたときに、前記金属ブロック３ａの円錐状の凹面（Ａ）が圧電素子４ａの表面を押圧するようにしている。また、他方の金属ブロック３ｂが最も他側の電極５ｄに当接する端面に円錐状の凹面（Ｂ）を形成し、ボルト２を締め付けたときに、前記金属ブロック３ｂの円錐状の凹面（Ｂ）を電極５ｄの表面を押圧するようにしているのは、本発明の第一の実施の形態と同じである。
【００３２】
また、図６、７では、金属ブロック３ａの円錐状の凹面（Ａ）と、金属ブロック３ｂの円錐状の凹面（Ｂ）を理解しやすいように傾斜角度を強調して示したが、円錐斜面の傾斜角度は、０．０２°から０．０６°程度の微小な角度であり、金属ブロック３ａの円錐状の凹面（Ａ）と金属ブロック３ｂの円錐状の凹面（Ｂ）が圧電素子４ａと電極５ｄの表面にそれぞれ密着するように変形して、均等の押圧力を与えるのも本発明の第一の実施の形態と同じである。
【００３３】
出願人は、本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子を製作するに当たって、第一の実施の形態で行ったシミュレーション結果を参考にして、金属ブロック３ａ、３ｂの円錐状の凹面（Ａ）（Ｂ）の円錐面の傾斜角度について最適と思われる傾斜角度を複数設定し、複数の傾斜角度の円錐状の凹面をしたボルト締めランジュバン型振動子を動作させて温度上昇状況を実測して、温度上昇から見た最適な傾斜角度を評価した。以下、その内容を説明する。なお、第二の実施の形態で複数の傾斜角度を設定するときの単位として、「ｒａｄ（ラディアン）」でなく、直感的にわかりやすい「°（度）」を単位として複数の傾斜角度を設定した。
【００３４】
図８に、本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子で円錐面の傾斜角度（θ）を変化させたときの温度上昇状況を実測した結果を示した。ここでは、ホーンを介して一定の機械的負荷をボルト締めランジュバン型振動子に与え、入力電圧を所定の電圧で一定として、自然冷却で連続駆動してその発熱の様子を観察した。
【００３５】
なお、図８は、図６に示すようにナット１の表面（Ｃ）の温度を測定して、振動子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄや金属ブロック３ａ、３ｂの全体的な温度上昇を比較した。ナット１の表面温度を測定したのは、ナット１の表面に温度計の測定端子を接触させたり、熱電対を付けたりしても超音波振動の振動動作に影響を与えないからである。
【００３６】
図８では、傾斜角度（θ）の値を０°、０．０２°、０．０４°、０．０６°に設定した各場合について示した。特に、０．０４°と０．０６°は複数回の測定値をプロットして、温度測定値に再現性があることを確認した。
図８に示すように、傾斜の無いθ＝０°と傾斜角が０．０２°のときには、ナット１の表面温度は６０℃を超えたが、傾斜角が０．０４°、０．０６°のときのナット１の表面温度は５５℃から５０℃程度であった。特に傾斜角が０．０４°の時は、６０分を経過しても、傾斜角０°のときより１０°以上低い値である５０℃付近の値を保った。
【００３７】
この結果より、本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置では、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの発熱が金属ブロック３ａ、３ｂに円錐面を設けない場合よりも低く抑制されたことがわかる。
図示していないが、本発明の第二の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置によれば、圧電素子の発熱が低く抑制されるので、本発明の第一の実施の形態のボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置の場合と同様に、超音波溶着サイクルを長時間繰り返しても安定した発振状態を保つことができる。
【００３８】
（本発明の第三の実施の形態）
本発明の第一と第二の実施の形態では、金属ブロックの他部品と当接する端面の全てを円錐状の凹面としたボルト締めランジュバン型振動子を示したが、本発明の第三の実施の形態として、金属ブロックのそれぞれ向かい合う端面の一部を円錐状の凹面としたボルト締めランジュバン型振動子を説明する。
【００３９】
図９に、本発明の第三の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の金属ブロックと圧電素子の円錐面の傾斜角度（θ）を示した。当該図９は一方の金属ブロックと圧電素子との拡大断面を例に示している。なお、他方の金属ブロックと電極との関係も同様である。
【００４０】
当該図９では、外周に近い外側部分を中心軸に対して垂直な平面とし、それより内側の部分を当該平面に対し傾斜角度（θ）の円錐面とした凹部（Ａ）とし、再び中心軸に近い内側を中心軸に対して垂直な平面とした形状を示した。
金属ブロック３ａ端面の凹部の円錐斜面の傾斜角度は、０．０２°から０．０６°程度の微小な角度であるため、金属ブロックのそれぞれ向かい合う端面の一部を円錐状の凹面とした場合であっても、全体的に所定の角度の円錐状の凹面であれば、ボルト２を締め付けると、金属ブロックの円錐状の凹面は圧電素子の表面に密着するように変形して、ほぼ均等の押圧力を与えることができる。このことにより、圧電素子の破壊は防止でき、振動子の振動状態のばらつきを小さくなり、スプリアス共振周波数を高くすることができる。
【００４１】
（本発明の第四の実施の形態）
本発明の第一から第三の実施の形態では、金属ブロックの円錐状の凹面を断面が直線的な円錐面とした例を説明したが、本発明の第四の実施の形態として、円錐状の凹面を断面が曲線的な円錐面としたボルト締めランジュバン型振動子を説明する。
【００４２】
図１０に、本発明の第四の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子の一方の金属ブロックと圧電素子の円錐面の傾斜角度（θ）を例として示した。なお、他方の金属ブロックと電極との関係も同様である。
図１０では、金属ブロック３ａの外周から内周まで全体としては、傾斜角度（θ）の円錐面であるが、断面が直線的な傾斜面でなく、断面が曲線的（波形）な傾斜面をなしている。
【００４３】
金属ブロック３ａの向かい合う端面における凹部の円錐斜面の傾斜角度は、０．０２°から０．０６°程度の微小な角度であるため、当該端面の断面を曲線的な傾斜面とした場合であっても、全体的に所定の角度の円錐状の凹面であれば、ボルト２を締め付けると、金属ブロックの円錐状の凹面は圧電素子の表面に密着するように変形して、ほぼ均等の押圧力を与えることができる。このことにより、圧電素子の破壊は防止でき、振動子の振動状態のばらつきは小さくなり、スプリアス共振周波数を高くすることができる。
【００４４】
図示していないが、本発明の第三と第四の実施の形態にかかるボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置によれば、圧電素子の発熱が低く抑制されるので、本発明の第一、第二の実施の形態のボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置の場合と同様に、超音波溶着サイクルを長時間繰り返しても安定した発振状態を保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、プラスチックを超音波溶着する超音波溶着装置のボルト締めランジュバン型振動子として適用することができる。特に、圧電素子及び電極との界面に生じる締め付けによる圧縮与圧が均一になるため、高周波用ボルト締めランジュバン型振動子に適用できる。
【００４６】
本発明は、ボルト締めランジュバン型振動子の圧電素子に加わる荷重を均一にし、圧電素子の破壊を防止し、振動子の振動状態のばらつきを小さくし、スプリアス共振周波数を高くするための新たな方法を提供するものであり、従来から知られている、金属ブロックの一方の材料を所定値以上のヤング率を持つ材料を使用する方法や、圧電素子と各構成部品の接触部に接着剤を塗布するなどの他の方法と組み合わせて適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ナット
２  ボルト
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ  金属ブロック
４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ  圧電素子
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ  電極
６  固定ホーン
７  ブースタホーン
９  工具ホーン
３５  可動枠
３６  固定枠
３７  エアシリンダ
４１  受治具
４２  ワーク
【図１】
2014168736.tif 000003
【図２】
2014168736.tif 000004
【図３】
2014168736.tif 000005
【図４】
2014168736.tif 000006
【図５】
2014168736.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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