(57)【要約】【課題】超音波ホーンの全長を短縮化し、溶着時の省スペース化及び材料コストの低減化を図る。【解決手段】超音波ホーン１を軸断面円柱状とし、節平面に中空部２を設ける。該中空部２の延在方向の外側部分１Ａを膨出せしめる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要の軸断面形状の超音波ホーンにおいて、節平面に中空部を設けると共に、該中空部の延在方向の外側部分を膨出せしめたことを特徴とする超音波ホーン。
【請求項２】
超音波ホーンが、軸断面円柱状の超音波ホーンであり、節平面に設けた中空部が、薄い円板状の密閉された穴である請求項１記載の超音波ホーン。
【請求項３】
超音波ホーンが、軸断面円柱状の超音波ホーンであり、節平面に設けた中空部が、円板状をなし且つ放射状に外面に突き抜けたスリットを設けた穴である請求項１記載の超音波ホーン。
【請求項４】
超音波ホーンが、断面角柱状の超音波ホーンであり、節平面に設けた中空部が、一方の面から他方の面に突き抜けた平板状の穴である請求項１記載の超音波ホーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波ホーンに関し、更に詳細には、従来材料の縦波の音速により決まってしまっていた超音波ホーンの全長を短縮化し、溶着時の省スペース化及び材料コストの低減化を図ることができるようになした超音波ホーンに係わる。
【背景技術】
【０００２】
超音波ホーンの全長は材料の縦波の音速によって決まってしまい、従来の縦波振動のみを使用する場合には、例えば、図１２に示す如く、（Ａ）〜（Ｅ）のように外径を絞っていくことで超音波ホーン１００の全長Ｌを短縮することは可能であるが、最大応力が上がってしまい、実際の使用は困難である。
【０００３】
尚、ここで、図１３を参照して、上記超音波ホーンの全長が材料の縦波の音速によって決定されることについて説明する。
例えば、２０ｋＨｚ  Ｈｏｒｎの場合においては、
材料音速≒（５０００ｍ／ｓ（仮））
Ｌ＝Ｃ／ｆより
Ｌ＝５０００ｍ／ｓ÷２００００＝２５０ｍｍ
となる。
そして、通常Ｈｏｒｎは半波長で設計することから、
２５０／２＝１２５ｍｍ
となる。
また、４０ｋＨｚの場合は当然に、
６２．５ｍｍ
となる。
このように、超音波ホーンの全長は材料の縦波の音速によって決定されるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の実状は上記の通りであり、超音波ホーンは、その全長を短縮することができれば溶着時の省スペース化及び材料コストの低減化を図ることができることから、本発明者は斯かる点について鋭意研究した。
【０００５】
その結果、図１４及び図１５に示す如く、超音波ホーン１の節平面（ノーダル部）Ｎに中空部２を設けることにより、縦波振動をたわみ振動に変換することができ、そして、このたわみ振動を利用することで振動方向に対する材料音速の影響を受けずに超音波ホーンの全長の短縮化を実現できることを知見し、本発明の完成をみるに至ったものである。
【０００６】
尚、図１４及び図１５に示したたわみ振動の説明例は、両端固定梁のたわみ振動を示しており、梁のたわみ振動周波数は、次の通りである。
【数１】
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ｆｎ：たわみ振動周波数
ｌ：梁の長さ
Ｅ：縦弾性係数
Ｉ：断面二次モーメント
ρ：密度
Ａ：梁の断面積
λｎ：境界条件により決まる定数
【０００７】
また、中空部２のサイズは、次の通りである。
中空部サイズ（λ：波長）
縦方向λ／９０〜λ／１０
（３ｍｍ〜２６ｍｍ［２０ｋＨｚ換算］）
横方向λ／５０〜λ／５
（５ｍｍ〜５３ｍｍ［２０ｋＨｚ換算］）
縦方向／横方向＝１以下になる比率にて設計する。
【０００８】
また、斯かる構成による超音波ホーン１のベクトルは、図１６に示した断面ベクトル図の通りである。そして、以上のことから、図１２の（Ａ）に示したチタン製で２０ｋＨｚの先端部と後端部が同一サイズのストレート超音波ホーン１００に対して、本発明に係る上記超音波ホーン１は６５％程度（４６ｍｍ／１３２ｍｍ）短縮することが可能（Ｌ≒λ／６）となるものである。尚、使用材質は、一般的な超音波ホーンの材料でよく、また、１０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの周波数でも実施可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
而して、本発明の要旨とするところは、所要の軸断面形状の超音波ホーンにおいて、節平面に中空部を設けると共に、該中空部の延在方向の外側部分を膨出せしめたことを特徴とする超音波ホーンにある。
【００１０】
また、上記構成において、超音波ホーンが、軸断面円柱状の超音波ホーンであり、節平面に設けた中空部が、薄い円板状の密閉された穴であってもよい。
【００１１】
また、上記構成において、超音波ホーンが、軸断面円柱状の超音波ホーンであり、節平面に設けた中空部が、円板状をなし且つ放射状に外面に突き抜けたスリットを設けた穴であってもよい。
【００１２】
また、上記構成において、超音波ホーンが、軸断面角柱状の超音波ホーンであり、節平面に設けた中空部が、一方の面から他方の面に突き抜けた平板状の穴であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上記の如き構成であり、超音波ホーン１の節平面（ノーダル部）Ｎに中空部２を設けることにより、縦波振動をたわみ振動に変換するようになしたものであり、そしてこのたわみ振動を利用することで振動方向に対する材料音速の影響を受けずに超音波ホーンの短縮化を実現することができるようになったものである。そして、この超音波ホーンの短縮化により、溶着時の省スペース化及び材料コストの低減化を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波ホーンの一部切欠して示した斜視図である。
【図２】同正面図である。
【図３】図２中Ａ―Ａ線断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る超音波ホーンの一部切欠して示した正面図である。
【図５】同平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る超音波ホーンの正面図である。
【図７】図６中Ｂ―Ｂ線断面図である。
【図８】図６中Ｃ―Ｃ線断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る超音波ホーンの斜視図である。
【図１０】同正面図である。
【図１１】同右側面図である。
【図１２】従来の超音波ホーンの短縮化の説明図である。
【図１３】従来の超音波ホーンの長さの説明図である。
【図１４】本発明に係る超音波ホーンの原理説明図である。
【図１５】本発明に係る超音波ホーンの原理説明図であり、両端固定梁のたわみ振動を示すものである。
【図１６】本発明に係る超音波ホーンの断面ベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
先ず、図１乃至図３に示した本発明の第１実施形態について説明する。
図中、１は超音波ホーンであり、本実施形態においては軸断面円柱状の形態をなしている。また、該超音波ホーン１は、節平面（ノーダル部）に中空部２を設けると共に、該中空部２の延在方向の外側部分１Ａを膨出せしめている。尚、本実施形態においては、薄い円板状の密閉された穴をもって前記中空部２となしている。また、本実施形態においては、超音波ホーン１として、上下が対称の形状をなす二つの部材を、その合わせ目を接着することによって一体化したものを示している。
【００１７】
而して、本実施形態による作用、効果は、前記図１４乃至図１６をもって説明した超音波ホーンと同様であるから、再度の説明は省略する。
【００１８】
次に、図４及び図５に示した本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態と前記第１実施形態とは、本実施形態において、超音波ホーン１として、上下が対称の形状をなす二つの部材を、膨出した外側部分１Ａにおいてネジ３により結合することによって一体化したものである点で相違するものである。尚、その他の構成並びに作用は前記第１実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１９】
次に、図６乃至図８に示した本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態における超音波ホーン１は、前記第１実施形態におけると同様に軸断面円柱状の形態をなしている。そして、前記第１実施形態との相違点は、本実施形態において円板状をなし且つ放射状に外面に突き抜けたスリット２Ａ、２Ａ・・・を設けた穴をもって中空部２となしている点である。尚、その他の構成並びに作用は前記第１実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２０】
次に、図９乃至図１１に示した本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態と第１実施形態との相違点は、本実施形態において超音波ホーン１が断面角柱状の形態をなしている点と、一方の面から他方の面に突き抜けた平板状の穴をもって中空部２となしている点である。尚、本実施形態による構成によっても前記第１実施形態におけると同様の作用効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００２１】
１  超音波ホーン
１Ａ  膨出部分
２  中空部
３  ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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