【手続補正書】
【提出日】平成23年12月21日(2011.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦振動とたわみ振動を複合した面内共振を行う共振部を有する面内複合共振体であって、
当該面内複合共振体は、当該面内複合共振体の共振周波数となる第１の周波数の超音波振動と、前記第１の周波数とは異なる周波数を有する第２の周波数の超音波振動と、を加算してなる超音波振動によって励振されて縦振動するとともに、
当該面内複合共振体の周面に、当該縦振動の超音波成分のうちの前記第２の周波数の超音波振動から前記たわみ振動を発生させるためのたわみ振動発生手段を設けた
ことを特徴とする面内複合共振体。
【請求項２】
前記たわみ振動発生手段を前記第２の周波数の超音波振動の節となる位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の面内複合共振体。
【請求項３】
前記たわみ振動発生手段が、脆弱部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面内複合共振体。
【請求項４】
前記たわみ振動発生手段としての脆弱部が、前記縦振動が印加される方向に対して垂直となる方向に２つ以上並べて設けられていることを特徴とする請求項３に記載の面内複合共振体。
【請求項５】
前記たわみ振動発生手段としてのスリット状の脆弱部の形成角度αが、前記縦振動の印加方向からの開き角度で４０〜５０°であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の面内複合共振体。
【請求項６】
前記たわみ振動発生手段としての脆弱部が、前記面内複合共振体を貫通するスリット状の貫通孔であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の面内複合共振体。
【請求項７】
前記たわみ振動発生手段としての脆弱部が、前記面内複合共振体の一部の肉厚を薄くしたスリット状の有底穴であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の面内複合共振体。
【請求項８】
前記第２の周波数の超音波振動の節とは異なる他の節となる位置に、前記たわみ振動発生手段で発生させた前記たわみ振動を打ち消すためのたわみ振動打消し手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の面内複合共振体。
【請求項９】
前記たわみ振動打消し手段が、脆弱部であることを特徴とする請求項８に記載の面内複合共振体。
【請求項１０】
前記たわみ振動打消し手段としての脆弱部が、前記縦振動が印加される方向に対して垂直となる方向に２つ以上並べて設けられていることを特徴とする請求項９に記載の面内複合共振体。
【請求項１１】
前記たわみ振動発生手段として形成角度αであるスリット状の脆弱部が形成され、
前記たわみ振動打消し手段としてのスリット状の脆弱部の形成角度βが、前記形成角度αとの関係で、前記縦振動の印加方向からの開き角度でβ＝１８０−α、又はβ＝αの条件を満たすことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の面内複合共振体。
【請求項１２】
前記たわみ振動打消し手段としての脆弱部が、前記面内複合共振体を貫通するスリット状の貫通孔であることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の面内複合共振体。
【請求項１３】
前記たわみ振動打消し手段としての脆弱部が、前記面内複合共振体の一部の肉厚を薄くしたスリット状の有底穴であることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の面内複合共振体。
【請求項１４】
前記第２の周波数の超音波振動は、前記第１の周波数の０．５ｎ倍であり、ｎは２よりも大きい数であることを特徴とする請求項１から請求項１３のうちのいずれか１項に記載の面内複合共振体。
【請求項１５】
縦振動とたわみ振動を複合した面内共振を行う共振部を有する面内複合共振体を用いた面内複合共振装置であって、
第１の周波数の超音波振動を発振させるための第１の電圧信号を出力する第１の発振器と、
前記第１の周波数とは異なる周波数を有する第２の周波数の超音波振動を発振させるための第２の電圧信号を出力する第２の発振器と、
前記第１の発振器から入力された第１の電圧信号と、前記第２の発振器から入力された第２の電圧信号とを加算し、加算された電圧信号を得る加算器と、
前記加算器で加算した電圧信号により超音波振動を発振する振動子と、
前記振動子と接続された請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項に記載の面内複合共振体と、
を備えたことを特徴とする面内複合共振装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の面内複合共振装置を用いて縦振動とたわみ振動を複合した面内共振を発生させる面内複合共振方法であって、
第１の発振器が第１の周波数の超音波振動を発振させるための第１の電圧信号を出力するとともに、第２の発振器が前記第１の周波数とは異なる周波数を有する第２の周波数の超音波振動を発振させるための第２の電圧信号を出力する電圧信号出力工程と、
前記第１の発振器から入力された第１の電圧信号と、前記第２の発振器から入力された第２の電圧信号とを加算器によって加算し、加算された電圧信号を得る電圧信号加算工程と、
前記加算器で加算された電圧信号により、縦振動する超音波振動を振動子によって発振させる超音波振動発振工程と、
前記振動子と接続された請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項に記載の面内複合共振体を、発振された前記超音波振動によって励振して縦振動させるとともに、当該面内複合共振体に設けられたたわみ振動発生手段によって前記縦振動から前記たわみ振動を発生させて、前記縦振動と前記たわみ振動とを複合した面内共振を発生させる面内複合共振発生工程と、
を含むことを特徴とする面内複合共振方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
例えば、超音波振動を用いて対象物の溶着を行う超音波溶着は、共振体である工具ホーンを、縦振動、横振動、たわみ振動及び捻じり振動から選択されるいずれか一つの振動によって行う、いわゆる単一振動モードによって行われることが多い。特に、縦振動を用いた超音波溶着は、精密な溶着が可能であり、制御も容易なので広く用いられている（特許文献１、２参照）。
他方、超音波溶着においては、単一振動モードよりも二つ以上の振動を複合させた複合振動モードの方が、複雑な振動軌道を描くことができるため、対象物の溶着部が一様となり、高い溶着強度を得られることが示唆されている（非特許文献１、２参照）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９８７７号公報
【特許文献２】特公昭５４−２３３４９号公報
【非特許文献１】辻野次郎丸、唐津良平、田中俊、上岡哲宜、Proc. Symp. Ultrason. Electron., Vol. 26, (2005) pp. 97-98
【非特許文献２】辻野次郎丸、川崎高広、岸本豪、平井一紀、Proc. Symp. Ultrason. Electron., Vol. 26, (2005) pp. 101-102
【非特許文献３】辻野次郎丸、三浦宏之、本江美杉、Proc. Symp. Ultrason. Electron.,Vol. 26, (2005) pp. 99-100
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
〔５〕本発明においては、前記たわみ振動発生手段としてのスリット状の脆弱部の形成角度αが、前記縦振動の印加方向からの開き角度で４０〜５０°であるのが好ましい。このようにすれば、たわみ振動発生手段としてのスリット状の脆弱部の形成角度が適切であるために、効率よくたわみ振動を発生させることができる。〔６〕本発明においては、前記たわみ振動発生手段としての脆弱部を、前記面内複合共振体を貫通するスリット状の貫通孔とするのが好ましい。〔７〕本発明においては、前記たわみ振動発生手段としての脆弱部を、前記面内複合共振体の一部の肉厚を薄くしたスリット状の有底穴とするのが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
〔８〕本発明においては、前記第２の周波数の超音波振動の節とは異なる他の節となる位置に、前記たわみ振動発生手段で発生させた前記たわみ振動を打ち消すためのたわみ振動打消し手段を設けるのが好ましい。このようにすれば、たわみ振動発生手段で発生させたたわみ振動を当該たわみ振動打消し手段によって打ち消すことができる。従って、本発明に係る面内複合共振体の一端側を、超音波振動を発振する振動子と接続して固定するとともに、当該一端側の対辺となる他端側でも固定手段によって固定することができるようになる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
〔９〕本発明においては、前記たわみ振動打消し手段が、脆弱部であるのが好ましく、〔１０〕前記たわみ振動打消し手段としての脆弱部が、前記縦振動が印加される方向に対して垂直となる方向に２つ以上並べて設けられた脆弱部であるのが好ましい。このようにすれば、たわみ振動打消し手段が脆弱部であり、好ましくは、たわみ振動打消し手段としての脆弱部を２つ以上設けているので、たわみ振動を確実に打ち消すことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
〔１１〕本発明においては、前記たわみ振動発生手段として形成角度αであるスリット状の脆弱部が形成され、前記たわみ振動打消し手段としてのスリット状の脆弱部の形成角度βが、前記形成角度αとの関係で、前記縦振動の印加方向からの開き角度でβ＝１８０−α、又はβ＝αの条件を満たすのが好ましい。このようにすれば、たわみ振動打消し手段としての脆弱部の形成角度が適切であるために、効率よくたわみ振動を打ち消すことができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
〔１２〕本発明においては、前記たわみ振動打消し手段としての脆弱部を、前記面内複合共振体を貫通するスリット状の貫通孔とするのが好ましい。〔１３〕本発明においては、前記たわみ振動打消し手段としての脆弱部を、前記面内複合共振体の一部の肉厚を薄くしたスリット状の有底穴とするのが好ましい。〔１４〕本発明においては、前記第２の周波数の超音波振動は、前記第１の周波数の０．５ｎ倍であり、ｎは２よりも大きい数であるのが好ましい。このようにすれば、第１の周波数の超音波振動と第２の周波数の超音波振動との関係がより適切であり、これらの周波数が離れているので、これらを加算して発振しても周波数が一致したりせず、より確実に縦振動とたわみ振動を発生させることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
〔１５〕本発明に係る面内複合共振装置は、縦振動とたわみ振動を複合した面内共振を行う共振部を有する面内複合共振体を用いた面内複合共振装置であって、第１の周波数の超音波振動を発振させるための第１の電圧信号を出力する第１の発振器と、前記第１の周波数とは異なる周波数を有する第２の周波数の超音波振動を発振させるための第２の電圧信号を出力する第２の発振器と、前記第１の発振器から入力された第１の電圧信号と、前記第２の発振器から入力された第２の電圧信号とを加算し、加算された電圧信号を得る加算器と、前記加算器で加算した電圧信号により超音波振動を発振する振動子と、前記振動子と接続された前記〔１〕から〔１４〕のうちのいずれか１つに記載の面内複合共振体と、を備えたことを特徴としている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
このように、第１の発振器と、第２の発振器と、加算器と、振動子と、を備えているので、第１の周波数の超音波振動を発振させるための第１の電圧信号と、第２の周波数の超音波振動を発振させるための第２の電圧信号とを出力し、これらを加算した超音波振動を発振することができる。そして、前記〔１〕から〔１４〕のうちのいずれか１つに記載の面内複合共振体を備えているので、発振された超音波振動によって励振され、当該面内複合共振体を縦振動すると、当該面内複合共振体に設けられたたわみ振動発生手段によって、縦振動の超音波成分のうちの第２の周波数の超音波振動からたわみ振動を発生させることができる。これにより、本発明に係る面内複合共振装置は、面内複合共振体の共振部に第１の周波数の超音波による縦振動と、第２の周波数の超音波によるたわみ振動とが複合した複雑な振動軌跡で面内共振を発生させることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
〔１６〕本発明に係る面内複合共振方法は、前記〔１５〕に記載の面内複合共振装置を用いて縦振動とたわみ振動を複合した面内共振を発生させる面内複合共振方法であって、第１の発振器が第１の周波数の超音波振動を発振させるための第１の電圧信号を出力するとともに、第２の発振器が前記第１の周波数とは異なる周波数を有する第２の周波数の超音波振動を発振させるための第２の電圧信号を出力する電圧信号出力工程と、前記第１の発振器から入力された第１の電圧信号と、前記第２の発振器から入力された第２の電圧信号とを加算器によって加算し、加算された電圧信号を得る電圧信号加算工程と、前記加算器で加算された電圧信号により、縦振動する超音波振動を振動子によって発振させる超音波振動発振工程と、前記振動子と接続された前記〔１〕から〔１４〕のうちのいずれか１つに記載の面内複合共振体を、発振された前記超音波振動によって励振して縦振動させるとともに、当該面内複合共振体に設けられたたわみ振動発生手段によって前記縦振動から前記たわみ振動を発生させて、前記縦振動と前記たわみ振動とを複合した面内共振を発生させる面内複合共振発生工程とを含むことを特徴としている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
このように、電圧信号出力工程で、第１の周波数の超音波振動を発振させるための第１の電圧信号と第２の周波数の超音波振動を発振させるための第２の電圧信号とを出力させ、電圧信号加算工程で、第１の電圧信号と第２の電圧信号とを加算し、超音波振動発振工程で、前記加算した電圧信号による超音波振動を発振させることができる。そして、面内複合共振発生工程によって、発振した超音波振動で前記〔１〕から〔１４〕のうちのいずれか１つに記載の面内複合共振体を縦振動させ、当該面内複合共振体に設けたたわみ振動発生手段により、縦振動の超音波成分のうちの第２の周波数の超音波振動からたわみ振動を発生させることができる。これにより、本発明に係る面内複合共振方法は、面内複合共振体の共振部に第１の周波数の超音波による縦振動と、第２の周波数の超音波によるたわみ振動とが複合した複雑な振動軌跡で面内共振を行わせることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明に係る面内複合共振体１は、縦振動とたわみ振動を複合した面内共振を行う共振部２を有する。
本発明に係る面内複合共振体１は、当該面内複合共振体１の共振周波数となる第１の周波数（つまり、１波長）の超音波振動と、この第１の周波数とは異なる周波数を有する第２の周波数の超音波振動とを加算してなる超音波振動によって励振されて縦振動するとともに、図１に示すように、たわみ振動発生手段３を設けているため、当該面内複合共振体１の周面に、縦振動の超音波成分のうちの第２の周波数の超音波振動からたわみ振動を発生させ、前記した縦振動と、発生させたたわみ振動とを複合した複雑な振動軌跡の面内共振を、いわゆる長方形（角棒）の面内複合共振体１の上面及び下面中に発生させることができる。なお、面内複合共振体の周面において、縦振動とたわみ振動とが複合した複雑な振動軌跡で面内共振する部分が共振部２となる。なお、面内複合共振体の縦振動とたわみ振動による経時的な動きと共振部２の位置関係を図１４と図１５に示した。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
なお、前記では、第１の周波数の超音波振動と第２の周波数の超音波振動との周波数比が１：１．５である場合を例示して説明したので、第２の周波数の超音波振動の腹となる位置が、たわみ振動発生手段３とたわみ振動打消し手段４の中間に位置するように設定したが、第１の周波数の超音波振動と第２の周波数の超音波振動との周波数比が１：１．５でない場合、例えば、１：２や１：２．５などの場合はこの限りでない。周波数比によっては、たわみ振動発生手段３とたわみ振動打消し手段４の中間に位置するものが、第２の周波数の超音波振動の節となる場合もある。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
以上に加えて、有限要素解析ソフト（ANSYS Mechanical ver. 11）を用いて、前記作製した面内複合共振体の縦振動及びたわみ振動する様子を解析した。図１４（ａ）〜（ｄ）は順に、作製した面内複合共振体が縦振動する様子を経時的に示した図である。図１５（ａ）〜（ｄ）は順に、作製した面内複合共振体がたわみ振動する様子を経時的に示した図である。図１４及び図１５は、縦振動とたわみ振動とを個別に解析したものであるが、実際には、図１４（ａ）〜（ｄ）に示す縦振動と、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すたわみ振動とが複合された、非常に複雑な振動が生じている。
なお、上記図１４と図１５では、たわみ振動発生手段３及びたわみ振動打消し手段４としてのそれぞれの脆弱部の形成角度が、図１と逆向きとなっている図で示したが、このように開き角度を図１と逆向きにとっても効果は同じである。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2010149017.tif 000001
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2010149017.tif 000002
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2010149017.tif 000003
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2010149017.tif 000004