(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-14
(45)【発行日】2023-09-25
(54)【発明の名称】超音波ホーン及びボンディング装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20230915BHJP
H01L 21/607 20060101ALI20230915BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301G
H01L21/607 C
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2023504640
(86)(22)【出願日】2022-10-17
(86)【国際出願番号】 JP2022038594
(87)【国際公開番号】W WO2023063431
(87)【国際公開日】2023-04-20
【審査請求日】2023-01-23
(31)【優先権主張番号】17/503,343
(32)【優先日】2021-10-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519294332
【氏名又は名称】株式会社新川
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宗像 広志
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 雄平
(72)【発明者】
【氏名】ディトリ ジョン
(72)【発明者】
【氏名】テヘラーニ モー
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１３－５０６２７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平３－１２４０３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１１６８５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平４－３７２１４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１３８２５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
Ｈ０１Ｌ ２１／６０７
Ｈ０１Ｌ ２１／６０３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボンディング装置に用いられる超音波ホーンであって、電圧を印加した際に厚み方向に変形する板状の複数の第１圧電素子を積層した第１積層体が内部に取付けられて前後方向の超音波振動を発生させる縦振動発生部と、
前記縦振動発生部から前方に向かって延びて前端部にボンディングツールが取付けられるホーン部と、
前記縦振動発生部から後方に向かって延びるねじり振動発生部と、を含み、
前記ねじり振動発生部は、
前記縦振動発生部から後方に向かって延びて、角柱状部を含む本体と、
電圧を印加した際にせん断変形する板状の複数の第２圧電素子を積層した第２積層体であって、積層方向が前後方向に直交する幅方向となるように前記角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられる２つの第２積層体と、
各前記第２積層体の幅方向外側にそれぞれ積層されたウェイトと、
各前記ウェイトと各前記第２積層体と前記角柱状部とを囲み、各前記ウェイトを介して複数の前記第２圧電素子を前記角柱状部に押しつけて各前記第２圧電素子をそれぞれ厚み方向に与圧する与圧リングと、を備えること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項2】
請求項１に記載の超音波ホーンであって、各前記第２積層体は、高周波電源から高周波電力が印加された際に前後方向及び幅方向に直交する上下方向にせん断変形し、せん断変形の方向が互いに反対となるように前記角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられるとともに前記高周波電源に接続されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項3】
請求項２に記載の超音波ホーンであって、前記第２積層体は、両端と各前記第２圧電素子の間とに電極板がそれぞれ積層されており、
複数の前記電極板は、積層方向に向かって前記高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、
各前記第２圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されており、
前記第２積層体は、前記角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各前記第２圧電素子の分極方向が上下反対となるように前記角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられており、前記角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各前記電極板が前記高周波電源の同一の端子に接続されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項4】
請求項２に記載の超音波ホーンであって、前記第２積層体は、両端と各前記第２圧電素子の間とに電極板がそれぞれ積層されており、
複数の前記電極板は、積層方向に向かって前記高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、
各前記第２圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されており、
前記第２積層体は、前記角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各前記第２圧電素子の分極方向が同一となるように前記角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられており、前記角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各前記電極板が前記高周波電源の異なる端子に接続されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項5】
請求項１に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項6】
請求項２に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項7】
請求項３に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項8】
請求項４に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項9】
請求項１に記載の超音波ホーンであって、前記縦振動発生部は、
前後方向に延びる四角い枠体で、上下方向に貫通するとともに前後方向に延び、積層方向が前後方向となるように前記第１積層体が取付けられる開口を有するケーシングと、
前記開口の前後方向の端面と前記第１積層体との間に取付けられて複数の前記第１圧電素子を厚み方向に与圧する与圧楔と、を備えること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項10】
請求項９に記載の超音波ホーンであって、前記第１積層体は、両端と各前記第１圧電素子の間とに他の電極板がそれぞれ積層されており、
複数の前記他の電極板は、積層方向に向かって他の高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、
各前記第１圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項11】
請求項９に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項12】
請求項１０に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項13】
請求項２に記載の超音波ホーンであって、前記縦振動発生部は、
前後方向に延びる四角い枠体で、上下方向に貫通するとともに前後方向に延び、積層方向が前後方向となるように前記第１積層体が取付けられる開口を有するケーシングと、
前記開口の前後方向の端面と前記第１積層体との間に取付けられて複数の前記第１圧電素子を厚み方向に与圧する与圧楔と、を備え
前記第１積層体は、両端と各前記第１圧電素子の間とに他の電極板がそれぞれ積層されており、
複数の前記他の電極板は、積層方向に向かって他の高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、
各前記第１圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項14】
請求項３に記載の超音波ホーンであって、前記縦振動発生部は、
前後方向に延びる四角い枠体で、上下方向に貫通するとともに前後方向に延び、積層方向が前後方向となるように前記第１積層体が取付けられる開口を有するケーシングと、
前記開口の前後方向の端面と前記第１積層体との間に取付けられて複数の前記第１圧電素子を厚み方向に与圧する与圧楔と、を備え
前記第１積層体は、両端と各前記第１圧電素子の間とに他の電極板がそれぞれ積層されており、
複数の前記他の電極板は、積層方向に向かって他の高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、
各前記第１圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項15】
請求項４に記載の超音波ホーンであって、前記縦振動発生部は、
前後方向に延びる四角い枠体で、上下方向に貫通するとともに前後方向に延び、積層方向が前後方向となるように前記第１積層体が取付けられる開口を有するケーシングと、
前記開口の前後方向の端面と前記第１積層体との間に取付けられて複数の前記第１圧電素子を厚み方向に与圧する与圧楔と、を備え
前記第１積層体は、両端と各前記第１圧電素子の間とに他の電極板がそれぞれ積層されており、
複数の前記他の電極板は、積層方向に向かって他の高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、
各前記第１圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項16】
請求項１３に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項17】
請求項１４に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項18】
請求項１５に記載の超音波ホーンであって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項19】
ボンディング装置であって、Ｙ軸に沿って前後方向の後方から前方の前端部に向かって延びて、前記前端部にボンディングツールが取付けられる、超音波ホーンと、
前記超音波ホーンに沿って位置し、ねじり振動を発生させて前記超音波ホーンに前記Ｙ軸の周りのトルクを発生させる、ねじり振動発生部と、を備え、
前記ねじり振動発生部は、
前記Ｙ軸に垂直なＸ軸に沿った幅方向に前記Ｙ軸から所定の距離をおいて位置する側面を少なくとも有する本体と、
前記側面に隣接して位置する、少なくとも１つの第２積層体であって、せん断変形してトルクのための往復回転運動を発生させる少なくとも１組の第２圧電素子を有する第２積層体と、を備え、
前記ねじり振動発生部がさらに、
前記本体内に位置し、前記第２積層体のための前記側面を提供する角柱状部と、
前記第２積層体の近辺に位置するウェイトであって、これにより、前記第２積層体がせん断変形した際に、前記超音波ホーンにおける前記Ｙ軸の周りのトルクを増強するウェイトと、を備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項20】
請求項１９に記載のボンディング装置であって、前記ねじり振動発生部がさらに、前記ウェイトと前記第２積層体と前記角柱状部とを囲み、前記ウェイトを介して前記第２圧電素子を前記角柱状部に押しつけて前記第２圧電素子を厚み方向に与圧する与圧リングを備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項21】
請求項２０に記載のボンディング装置であって、前記与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されていること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項22】
請求項２０に記載のボンディング装置であって、前記与圧リングは、クランプ式与圧リングであること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項23】
ボンディング装置であって、
Ｙ軸に沿って前後方向の後方から前方の前端部に向かって延びて、前記前端部にボンディングツールが取付けられる、超音波ホーンと、
前記超音波ホーンに沿って位置し、ねじり振動を発生させて前記超音波ホーンに前記Ｙ軸の周りのトルクを発生させる、ねじり振動発生部と、を備え、
前記ねじり振動発生部は、
前記Ｙ軸に垂直なＸ軸に沿った幅方向に前記Ｙ軸から所定の距離をおいて位置する側面を少なくとも有する本体と、
前記側面に隣接して位置する、少なくとも１つの第２積層体であって、せん断変形してトルクのための往復回転運動を発生させる少なくとも１組の第２圧電素子を有する第２積層体と、を備え、
前記超音波ホーンは、前記超音波ホーンに沿って位置する縦振動発生部であって、電圧を印加した際に厚み方向に変形する複数の第１圧電素子を有する第１積層体を少なくとも備え、これにより、前記超音波ホーンにおいて前記前後方向の超音波振動を発生させる縦振動発生部を含み、
前記縦振動発生部は、斜面を有する与圧楔であって、前記第１積層体の端面に位置し、複数の前記第１圧電素子を厚み方向に与圧する与圧楔を備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、先端に取付けられたボンディングツールを超音波振動させる超音波ホーンの構造とその超音波ホーンを備えるボンディング装置の構造に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ダイの電極とリードフレームのリードとの間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ワイヤボンディング装置は、キャピラリによってワイヤを電極の上に押し付けた状態でキャピラリを超音波振動させてワイヤと電極とをボンディングした後、ワイヤをリードまで掛け渡し、掛け渡したワイヤをリードの上に押しつけた状態でキャピラリを超音波させてワイヤとリードとをボンディングする。
【0003】
一方、ボンディング品質の向上と、ボンディング強度の向上に対応するため、ボンディングツールの先端を複数の方向に振動させる方法が提案されている。例えば、特許文献１では、ノッチにより電極面と平行な方向に分離された２つの領域が形成された圧電素子を積層した超音波振動子を超音波ホーンに取付け、圧電素子の各領域に異なる周波数の電力を供給して超音波ホーンに取付けられたボンディングツールの先端を複数の方向に振動させてスクラブ運動を発生させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第６１８０７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献１に記載された方法では、超音波振動子の構造や駆動装置が複雑になってしまうという問題があった。
【0006】
そこで、本開示は、簡便な構造で先端に取り付けたボンディングツールを複数の方向に振動させる超音波ホーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の超音波ホーンは、ボンディング装置に用いられる超音波ホーンであって、電圧を印加した際に厚み方向に変形する板状の複数の第１圧電素子を積層した第１積層体が内部に取付けられて前後方向の超音波振動を発生させる縦振動発生部と、縦振動発生部から前方に向かって延びて前端部にボンディングツールが取付けられるホーン部と、縦振動発生部から後方に向かって延びるねじり振動発生部と、を含み、ねじり振動発生部は、縦振動発生部から後方に向かって延びて、角柱状部を含む本体と、電圧を印加した際にせん断変形する板状の複数の第２圧電素子を積層した第２積層体であって、積層方向が前後方向に直交する幅方向となるように角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられる２つの第２積層体と、各第２積層体の幅方向外側にそれぞれ積層されたウェイトと、各ウェイトと各第２積層体と角柱状部とを囲み、各ウェイトを介して複数の第２圧電素子を角柱状部に押しつけて各第２圧電素子をそれぞれ厚み方向に与圧する与圧リングと、を備えること、を特徴とする。
【0008】
このように、縦振動発生部とは別に電圧を印加した際にせん断変形する板状の複数の第２圧電素子を積層した第２積層体とウェイトとを本体の角柱状部の側面に取付けたねじり振動発生部を設けることにより、簡便な構成で先端に取り付けたボンディングツールを複数の方向に振動させることができる。
【0009】
本開示の超音波ホーンにおいて、各第２積層体は、高周波電源から高周波電力が印加された際に前後方向及び幅方向に直交する上下方向にせん断変形し、せん断変形の方向が互いに反対となるように角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられるとともに高周波電源に接続されてもよい。
【0010】
これにより、各第２積層体に高周波電力を印加した際に角柱状部の左右の第２積層体が上下方向反対にせん断変形し、各ウェイトをそれぞれ上下方向反対に移動させるので、角柱状部にねじりモーメントを印加し、角柱状部をねじり振動させることができる。
【0011】
本開示の超音波ホーンにおいて、第２積層体は、両端と各第２圧電素子の間とに電極板がそれぞれ積層されており、複数の電極板は、積層方向に向かって高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、各第２圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されており、第２積層体は、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子の分極方向が上下反対となるように角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられており、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各電極板が高周波電源の同一の端子に接続されてもよい。
【0012】
このように第２圧電素子と高周波電源とを接続すると電極板を挟んで隣接する２つの第２圧電素子に印加される高周波電力の電流の幅方向の流れの方向が反対方向となる。一方、隣接する２つの第２圧電素子の分極方向は互いに反対になっている。このため、分極方向が反対の２つの第２圧電素子に反対方向の電流が流れる結果、２つの第２圧電素子は、同じ方向にせん断変形する。これにより、第２積層体は一体となってせん断変形する。
【0013】
また、第２積層体は、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子の分極方向が上下反対となるように角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられている。一方、電極板は角柱状部に対して対称となるよう配置されている。従って電流の流れ方向は、角柱状部の左右で対称となる。このため、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子のせん断変形の方向が、例えば、左側が上方向、右側が下方向のように上下反対となる。これにより、各第２積層体に高周波電力を印加した際に角柱状部の左右の第２積層体が上下反対方向にせん断変形し、各ウェイトをそれぞれ上下反対方向に移動させるので、角柱状部にねじりモーメントを印加し、角柱状部をねじり振動させることができる。
【0014】
本開示の超音波ホーンにおいて、第２積層体は、両端と各第２圧電素子の間とに電極板がそれぞれ積層されており、複数の電極板は、積層方向に向かって高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、各第２圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されており、第２積層体は、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子の分極方向が同一となるように角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられており、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各電極板が高周波電源の異なる端子に接続されてもよい。
【0015】
第２積層体は、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子の分極方向が同一となるように角柱状部の両側面にそれぞれ取付けられている。一方、電極板は角柱状部に対して対称ではなく、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各電極が高周波電源の異なる端子に接続されている。このため、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子に流れる電流の方向は反対方向となる。このため、角柱状部に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子のせん断変形の方向が、例えば、左側が上方向、右側が下方向のように上下反対となる。これにより、各第２積層体に高周波電力を印加した際に角柱状部の左右の第２積層体が上下反対方向にせん断変形し、各ウェイトをそれぞれ上下反対方向に移動させるので、角柱状部にねじりモーメントを印加し、角柱状部をねじり振動させることができる。
【0016】
本開示の超音波ホーンにおいて、与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されてもよい。
【0017】
これにより、本体の四角形状部の両側に第２積層体とウェイトとを取付けた状態でその外周に与圧リングをはめて熱を印加するという簡単な方法で第２圧電素子を与圧することができる。
【0018】
本開示の超音波ホーンにおいて、縦振動発生部は、前後方向に延びる四角い枠体で、上下方向に貫通するとともに前後方向に延び、積層方向が前後方向となるように第１積層体が取付けられる開口を有するケーシングと、開口の前後方向の端面と第１積層体との間に取付けられて複数の第１圧電素子を厚み方向に与圧する与圧楔と、を備えてもよい。
【0019】
このように、簡便な構成で縦振動発生部を構成することができる。
【0020】
本開示の超音波ホーンにおいて、第１積層体は、両端と各第１圧電素子の間とに他の電極板がそれぞれ積層されており、複数の他の電極板は、積層方向に向かって他の高周波電源の出力端子とグランド端子とに交互に接続されており、各第１圧電素子は、分極方向が交互に反対になるように積層されてもよい。
【0021】
このように第１圧電素子と高周波電源とを接続すると電極板を挟んで隣接する２つの第１圧電素子に印加される高周波電力の電流の流れる方向は反対方向となる。一方、隣接する２つの第１圧電素子の分極方向は互いに反対になっている。このため、２つの第１圧電素子は、厚さ方向に同様に変形する。これにより、縦振動発生部に前後方向の振動を発生させることができる。
【0022】
本開示のボンディング装置は、Ｙ軸に沿って前後方向の後方から前方の前端部に向かって延びて、前端部にボンディングツールが取付けられる、超音波ホーンと、超音波ホーンに沿って位置し、ねじり振動を発生させて超音波ホーンにＹ軸の周りのトルクを発生させる、ねじり振動発生部と、を備え、ねじり振動発生部は、Ｙ軸に垂直なＸ軸に沿った幅方向にＹ軸から所定の距離をおいて位置する側面を少なくとも有する本体と、側面に隣接して位置する、少なくとも１つの第２積層体であって、せん断変形してトルクのための往復回転運動を発生させる少なくとも１組の第２圧電素子を有する第２積層体と、を備え、ねじり振動発生部がさらに、本体内に位置し、第２積層体のための側面を提供する角柱状部と、第２積層体の近辺に位置するウェイトであって、これにより、第２積層体がせん断変形した際に、超音波ホーンにおけるＹ軸の周りのトルクを増強するウェイトと、を備えること、を特徴とする。
【0024】
本開示のボンディング装置において、ねじり振動発生部がさらに、ウェイトと第２積層体と角柱状部とを囲み、ウェイトを介して第２圧電素子を角柱状部に押しつけて第２圧電素子を厚み方向に与圧する与圧リングを備えてもよい。
【0025】
本開示のボンディング装置において、与圧リングは、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されてもよい。
【0026】
本開示のボンディング装置において、与圧リングは、クランプ式与圧リングでもよい。
【0027】
本開示のボンディング装置は、Ｙ軸に沿って前後方向の後方から前方の前端部に向かって延びて、前端部にボンディングツールが取付けられる、超音波ホーンと、超音波ホーンに沿って位置し、ねじり振動を発生させて超音波ホーンにＹ軸の周りのトルクを発生させる、ねじり振動発生部と、を備え、ねじり振動発生部は、Ｙ軸に垂直なＸ軸に沿った幅方向にＹ軸から所定の距離をおいて位置する側面を少なくとも有する本体と、側面に隣接して位置する、少なくとも１つの第２積層体であって、せん断変形してトルクのための往復回転運動を発生させる少なくとも１組の第２圧電素子を有する第２積層体と、を備え、超音波ホーンは、超音波ホーンに沿って位置する縦振動発生部であって、電圧を印加した際に厚み方向に変形する複数の第１圧電素子を有する第１積層体を少なくとも備え、これにより、超音波ホーンにおいて前後方向の超音波振動を発生させる縦振動発生部を含み、縦振動発生部は、斜面を有する与圧楔であって、第１積層体の端面に位置し、複数の第１圧電素子を厚み方向に与圧する与圧楔を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本開示は、簡便な構造で先端に取り付けたボンディングツールを複数の方向に振動させる超音波ホーンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】実施形態の超音波ホーンを示す平面図である。
【図2】実施形態の超音波ホーンを前端側から見た立面図である。
【図5】縦振動発生部の動作を示す説明図である。
【図6】ねじり振動発生部の動作を示す説明図である。
【図7】他の実施形態の超音波ホーンのねじり振動発生部の断面を示す図である。
【図9】他の実施形態の超音波ホーンのねじり振動発生部の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図面を参照しながら実施形態の超音波ホーン１００について説明する。図１に示す超音波ホーン１００は、ワイヤボンディング装置に取付けられてワイヤボンディングを行うものである。
【0033】
図１に示すように、実施形態の超音波ホーン１００は、縦振動発生部１０と、ホーン部２０と、ねじり振動発生部３０とを備えている。尚、以下の説明では、超音波ホーン１００の長手方向の中心軸１０１の延びる方向をＹ方向又は前後方向、水平面内でＹ方向と直角方向をＸ方向又は幅方向、上下方向をＺ方向とし、また、ホーン部２０の側を前方又はＹ方向プラス側、ねじり振動発生部３０の側を後方又はＹ方向マイナス側として説明する。尚、中心軸１０１は仮想軸である。また、Ｙ方向プラス側に向かって右側を超音波ホーン１００の右側、反対側を左側として説明する。
【0034】
縦振動発生部１０は、ケーシング１１と、第１積層体１５と、与圧楔１６とで構成されている。
【0035】
図１、２に示すように、ケーシング１１は、チタン等の金属製の前後方向に延びる四角い枠体で、中央部に上下方向に貫通するとともに前後方向に延びる開口１２が設けられている。また、ケーシング１１の左右の外側面には、Ｘ方向プラス側とＸ方向マイナス側とにそれぞれ延びる取付けアーム１７が設けられている。取付けアーム１７には、超音波ホーン１００をワイヤボンディング装置に固定するボルト穴１７ａが設けられている。開口１２の中には、複数の第１圧電素子１３を積層した第１積層体１５が取付けられている。第１積層体１５の両端と各第１圧電素子１３の間とには電極板１４がそれぞれ積層されている。また、開口１２の後端面１２ｒと第１積層体１５の後面との間には複数の第１圧電素子１３を厚み方向に与圧する与圧楔１６が取付けられている。
【0036】
ホーン部２０は、縦振動発生部１０のケーシング１１から前方に向かって延びて、縦振動発生部１０で発生した前後方向の超音波振動を増幅する部分である。ホーン部２０は、縦振動発生部１０のケーシング１１と一体に形成された金属製で、ケーシング１１の前端に接続される根元部から前端部２１に向かって幅、或いは直径が細くなっている。図２に示すように、ホーン部２０の前端部２１には、ボンディングツールであるキャピラリ５１が取付けられている。
【0037】
ねじり振動発生部３０は、縦振動発生部１０のケーシング１１の後端に接続される接続部３２と、後端部３４と、接続部３２と後端部３４との中間に設けられた断面が四角い角柱状部３３とで構成される本体３１と、本体３１の角柱状部３３の左右の側面３３１，３３２に取付けられた第２積層体３７１，３７２と、第２積層体３７１，３７２の幅方向外側に取付けられたウェイト３８１，３８２と、与圧リング３９とで構成されている。ここで、左右の側面３３１，３３２は幅方向に対象の位置に配置されている面である。
【0038】
次に図３を参照しながら縦振動発生部１０の詳細構造について説明する。先に図１を参照して説明したように、ケーシング１１の開口１２の中には、第１積層体１５が取付けられており、開口１２の後端面１２ｒと第１積層体１５の後端面との間には、与圧楔１６が取付けられている。
【0039】
第１積層体１５は、電圧を印加した際に厚み方向に変形する板状の第１圧電素子１３と、各第１圧電素子１３の間と両端に積層された電極板１４ａ，１４ｂとで構成されている。
【0040】
第１積層体１５の第１圧電素子１３は、図中に白抜き矢印で示す分極方向Ｐ１が交互に反対になるように積層されている。ここで、分極方向Ｐ１は、第１圧電素子１３の内部の電位がマイナス側からプラス側に向かう方向である。図３に示すように、一番前方の第１圧電素子１３は、分極方向Ｐ１がＹ方向プラス側、前方から二番目の第１圧電素子１３は、分極方向Ｐ１がＹ方向マイナス側となるように電極板１４ａを挟んで積層されている。同様に、前方から三番目の第１圧電素子１３は分極方向Ｐ１が前方から二番目の第１圧電素子１３の分極方向Ｐ１と反対にＹ方向プラス側となるように電極板１４ｂを挟んで積層されている。このように、第１圧電素子１３は、分極方向Ｐ１が交互に反対になるように電極板１４ａ，１４ｂを挟んで積層されている。
【0041】
第１圧電素子１３の分極方向Ｐ１の側に積層されている電極板１４ｂは、第１高周波電源４１のグランド端子４１Ｇに接続されており、第１圧電素子１３の分極方向Ｐ１と反対側に積層されている電極板１４ａは第１高周波電源４１の出力端子４１Ｐに接続されている。このように、複数の電極板１４ａ，１４ｂは、積層方向に向かって第１高周波電源４１の出力端子４１Ｐとグランド端子４１Ｇとに交互に接続されている。出力端子４１Ｐの電圧がプラスの場合には、電極板１４ａの電位は電極板１４ｂの電位よりも高くなり、出力端子４１Ｐの電圧がマイナスの場合には、電極板１４ａの電位は電極板１４ｂの電位よりも低くなる。
【0042】
図３に示すように、開口１２の後端面１２ｒは上から下に向かうにつれて前方に向かって傾斜している。与圧楔１６の後面は、後端面１２ｒと同一の傾斜面となっている。与圧楔１６は、開口１２の後端面１２ｒと第１積層体１５の後端面との間に差し込まれると、第１積層体１５を開口１２の前方面１２ｆに押し付けて、第１圧電素子１３を厚み方向に与圧する。
【0043】
次に、図４を参照しながらねじり振動発生部３０の詳細について説明する。先に説明したように、ねじり振動発生部３０は、角柱状部３３を含む本体３１と、第２積層体３７１，３７２と、ウェイト３８１，３８２と、与圧リング３９とで構成されている。
【0044】
本体３１の角柱状部３３は、本体３１の前後方向中央に配置された四角柱状断面部分であり、上面３３ａと下面３３ｃと左側面３３１と右側面３３２とを備えている。角柱状部３３の左側面３３１には、第２圧電素子３５１、３５２を積層した左側の第２積層体３７１が取付けられている。また、角柱状部３３の右側面３３２には、第２圧電素子３５３、３５４を積層した第２積層体３７２が取付けられている。
【0045】
左側の第２積層体３７１は、電圧を印加した際に上下方向にせん断変形する板状の複数の第２圧電素子３５１、３５２と、第２圧電素子３５１、３５２の間と両端に積層された電極板３６１～３６３とで構成されている。同様に、右側の第２積層体３７２は、電圧を印加した際に上下方向にせん断変形する板状の複数の第２圧電素子３５３、３５４と、第２圧電素子３５３、３５４の間と両端に積層された電極板３６４～３６６とで構成されている。
【0046】
左の第２積層体３７１の第２圧電素子３５１，３５２は、図中に白抜き矢印で示す分極方向Ｐ２が上下反対になるように積層されている。ここで、分極方向Ｐ２は、分極方向Ｐ１と同様、第２圧電素子３５１，３５２の内部の電位がマイナス側からプラス側に向かう方向である。図４に示すように、左側の第２積層体３７１の内側の第２圧電素子３５１は分極方向Ｐ２が下方向で、外側の第２圧電素子３５２は分極方向Ｐ２が上方向となるようにそれぞれ積層されている。同様に、右側の第２積層体３７２の内側の第２圧電素子３５３は分極方向Ｐ２が上方向で、外側の第２圧電素子３５４は分極方向Ｐ２が下方向となるようにそれぞれ積層されている。
【0047】
従って、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される内側の各第２圧電素子３５１、３５３の分極方向は、左側が下方向、右側が上方向のように上下反対方向となっている。同様に、外側の第２圧電素子３５２、３５４の分極方向は、左側が上方向、右側が下方向のように上下反対方向となっている。従って、左右の第２積層体３７１、３７２は、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される第２圧電素子３５１～３５４の分極方向が上下反対となるように角柱状部３３の両側面３３１，３３２にそれぞれ取付けられている。
【0048】
尚、第２積層体３７１，３７２は同一の圧電素子を分極方向Ｐ２が反対方向となるように反転させて積層してもよいし、分極方向Ｐ２が異なる二種類の圧電素子を分極方向Ｐ２が反対となるように積層してもよい。
【0049】
左側の第２積層体３７１の第２圧電素子３５１，３５２の間には、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐに接続される電極板３６２が積層されている。ここで、第２高周波電源４２は、先に説明した第１高周波電源４１とは別の高周波電源である。また、両端には、第２高周波電源４２のグランド端子４２Ｇに接続される電極板３６１，３６３が積層されている。このように、電極板３６１，３６３及び電極板３６２は、左側の第２積層体３７１の両端と第２圧電素子３５１、３５２の間とにそれぞれ積層され、積層方向に向かって第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐとグランド端子４２Ｇとに交互に接続されている。
【0050】
同様に、右側の第２積層体３７２の第２圧電素子３５３，３５４の間には、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐに接続される電極板３６５が積層されている。また、両端には、第２高周波電源４２のグランド端子４２Ｇに接続される電極板３６４，３６６が積層されている。このように、電極板３６４，３６６及び電極板３６５は、右側の第２積層体３７２の両端と第２圧電素子３５３、３５４の間とにそれぞれ積層され、積層方向に向かって第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐとグランド端子４２Ｇとに交互に接続されている。
【0051】
このように、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される電極板３６２、３６５は共に第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐに接続されており、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される電極板３６１と電極板３６４及び電極板３６３と電極板３６６は共に第２高周波電源４２のグランド端子４２Ｇに接続されている。つまり、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される電極板３６２と電極板３６５、及び電極板３６１と電極板３６４、電極板３６３と電極板３６６はそれぞれ第２高周波電源４２の同一の端子に接続されている。
【0052】
左右の各第２積層体３７１，３７２の幅方向外側にはそれぞれ左右のウェイト３８１，３８２が取付けられている。与圧リング３９は、左右のウェイト３８１，３８２と左右の第２積層体３７１，３７２と角柱状部３３の上面３３ａと下面３３ｃの外周を囲むように取付けられている。与圧リング３９は、熱を印加すると収縮する形状記憶合金で構成されている。与圧リング３９は、例えば、ニッケルとチタンを主成分とする形状記憶合金でもよい。与圧リング３９は、加熱前の周長が左右のウェイト３８１，３８２と左右の第２積層体３７１，３７２と角柱状部３３の上面３３ａと下面３３ｃの外周の周長よりも長くなっており、この部分の外周を囲むように後端側から嵌め込まれる。そして、加熱されると、収縮して各ウェイト３８１，３８２を介して左右の第２圧電素子３５１～３５４を角柱状部３３の左右の側面３３１，３３２に押しつけて左右の側面３３１，３３２に積層されている第２圧電素子３５１～３５４をそれぞれ厚み方向に与圧する。
【0053】
次に以上のように構成された超音波ホーン１００に高周波電力を印加した場合に動作について図５、６を参照しながら説明する。尚、図５、図６において破線は、高周波電力が印加されていない場合の縦振動発生部、ねじり振動発生部３０を示す。最初に図５を参照しながら縦振動発生部１０の動作について説明する。図５は、２枚の第１圧電素子１３１、１３２と、電極板１４ａと２枚の電極板１４ｂとが積層された第１積層体１５の一部を取り出したものである。
【0054】
図５に示すように、第１高周波電源４１の出力端子４１Ｐの電位がプラスの場合、電流は出力端子４１Ｐに接続されている電極板１４ａからグランド端子４１Ｇに接続されている電極板１４ｂに流れる。このため、電流は、前方側の第１圧電素子１３１の後面１３１ｒから前面１３１ｆに向かって白抜き矢印７１で示す分極方向に流れる。このため、前方側の第１圧電素子１３１は、矢印９５に示すように厚さが厚くなるように変形する。同様に、後方側の第１圧電素子１３２では、電流は、電極板１４ａに接する前面１３２ｆから後面１３２ｒに向かって白抜き矢印７２に示す分極方向に流れる。これにより、後方側の第１圧電素子１３２も矢印９５に示すように厚さが厚くなるように変形する。第１高周波電源４１の出力端子４１Ｐの電位がマイナスになった場合には、この逆で、前方側の第１圧電素子１３１、後方側の第１圧電素子１３２は共に厚さが小さくなるように変形する。
【0055】
このように、縦振動発生部１０に第１高周波電源４１から高周波電力を印加すると、第１積層体１５の複数の第１圧電素子１３は、同時に厚さが厚くなったり厚さが小さくなったりする変形を繰り返す。この厚さの変動により前後方向の超音波振動を発生させる。この超音波振動はホーン部２０で増幅されて、図１中の矢印９２に示すようにホーン部２０の先端に取付けられけたキャピラリ５１の先端をＹ方向或いは前後方向に振動させる。
【0056】
次に図６を参照しながらねじり振動発生部３０の動作について説明する。先の縦振動発生部１０と同様、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合について説明する。角柱状部３３の左側に取付けられている第２積層体３７１の内側の第２圧電素子３５１では、電流は、出力端子４２Ｐに接続されている電極板３６２から内側に配置されてグランド端子４２Ｇに接続されている電極板３６１に向かって右方向に流れる。この際、内側の第２圧電素子３５１は、矢印９８ａで示すように右側が下方向、矢印９８ｂで示すように左側が上方向にせん断変形する。一方、外側に配置された第２圧電素子３５２では、電流は、電極板３６２から外側に配置されてグランド端子４２Ｇに接続されている外側の電極板３６３に向かって第２圧電素子３５１と反対方向の左方向に流れる。外側の第２圧電素子３５２の分極方向は白抜き矢印８２で示すように内側の第２圧電素子３５１の白抜き矢印８１で示す分極方向と反対の上方向となっている。このため、外側の第２圧電素子３５２は、第２圧電素子３５１と同様、内側の電極板３６１に接する右側が矢印９８ｃで示すように下方向に変形し、外側の電極板３６３に接する左側が矢印９８ｄのように上方向に変形するようにせん断変形する。このように、外側の第２圧電素子３５２は内側の第２圧電素子３５１分極方向が反対で電流の流れる方向も反対なので、内側の第２圧電素子３５１と同様の方向にせん断変形する。従って、内側の第２圧電素子３５１と外側の第２圧電素子３５２とは、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合には、いずれも左側が上方向に変形するようにせん断変形する。そして、第２圧電素子３５１、３５２は、せん断変形により左側のウェイト３８１を上方向に移動させる。
【0057】
一方、角柱状部３３の右側の内側に取付けられている第２積層体３７２の内側の第２圧電素子３５３では、電流は電極板３６５から電極板３６４に向かって左側の外側の第２圧電素子３５２と同様左方向に流れる。この際、内側の第２圧電素子３５３は、左側の外側の第２圧電素子３５２と同様、白抜き矢印８３で示す分極方向が上方向なので、左側の第２圧電素子３５２と同様、矢印９８ｅで示すように左側が上方向に変形し、右側が矢印９８ｆのように下方向に変形するようにせん断変形する。外側の第２圧電素子３５４では、電流は電極板３６５から電極板３６６に向かって左側の内側の第２圧電素子３５１と同様右方向に流れる。右側の外側の第２圧電素子３５４は、左側の内側の第２圧電素子３５１と同様、白抜き矢印８４で示す分極方向が下方向なので、左側の第２圧電素子３５１と同様、矢印９８ｇで示すように左側が上方向に変形し、右側が矢印９８ｈのように下方向に変形するようにせん断変形する。このため、このため、内側の第２圧電素子３５３と外側の第２圧電素子３５４とは、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合には、いずれも外側となる右側が下方向に変形するようにせん断変形する。そして、第２圧電素子３５３、３５４は、せん断変形により右側のウェイト３８２を下方向に移動させる。
【0058】
このように、左側の第２圧電素子３５１，３５２は、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合には、左側が上方向に変形するようにせん断変形して左側のウェイト３８１を上方向に移動させる。一方、右側の第２圧電素子３５３，３５４は、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合には、右側が下方向に変形するようにせん断変形して右側のウェイト３８２を下方向に移動させる。これにより、本体３１の角柱状部３３に時計周りのトルクを発生させる。第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がマイナスになった場合は、上記と逆に、左側の第２圧電素子３５１，３５２は、左側が下方向に変形するようにせん断変形して左側のウェイト３８１を下方向に移動させ、右側の第２圧電素子３５３，３５４は、右が上方向に変形するようにせん断変形して右側のウェイト３８２を上方向に移動させる。これにより、本体３１の角柱状部３３に反時計周りのトルクを発生させる。そして、ねじり振動発生部３０は、超音波ホーン１００の長手方向の中心軸１０１の周りに図２の矢印９４に示すようなねじれ振動を発生させることができる。このねじり振動により、ホーン部２０の先端に取付けられけたキャピラリ５１の先端をＸ方向或いは幅方向に振動させることができる。
【0059】
以上、説明したように、左側の第２圧電素子３５１，３５２と第２高周波電源４２とを接続すると電極板３６２を挟んで隣接する２つの第２圧電素子３５１，３５２に印加される高周波電力の電流の幅方向の流れの方向が反対方向となる。一方、隣接する２つの第２圧電素子３５１，３５２の分極方向は互いに上下反対になっている。このため、分極方向が反対の２つの第２圧電素子３５１，３５２に反対方向の電流が流れる。この結果、２つの第２圧電素子３５１，３５２は、同じ方向に一体となって上下方向にせん断変形する。右側の第２圧電素子３５３、３５４、第２積層体３７２についても同様である。
【0060】
また、左側の第２積層体３７１と右側の第２積層体３７２とは、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される第２圧電素子３５１，３５３及び第２圧電素子３５２，３５４の分極方向が上下反対となるように角柱状部３３の左右の側面３３1，３３２にそれぞれ取付けられている。一方、電極板３６２、３６５及び、電極板３６１と電極板３６４及び電極板３６３と電極板３６６は左右の第２積層体３７１，３７２の電流の流れ方向が角柱状部３３に対して対称となるように第２高周波電源４２に接続されている。先に述べたように、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される第２圧電素子３５１，３５３及び第２圧電素子３５２，３５４の分極方向は上下反対になっている。このため、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される第２圧電素子３５１と第２圧電素子３５３、第２圧電素子３５２と第２圧電素子３５４のせん断変形の方向が上下反対方向となる。これにより、第２積層体３７１、３７２に高周波電力を印加した際に角柱状部３３の左右の第２積層体３７１、３７２が上下反対方向にせん断変形し、各ウェイト３８１、３８２をそれぞれ上下反対方向に移動させるので、角柱状部３３にねじりモーメントを印加し、角柱状部３３をねじり振動させることができる。
【0061】
以上説明したように、超音波ホーン１００は、簡便な構造で先端に取り付けたキャピラリ５１をＸＹ方向に振動させることができる。
【0062】
【0063】
図７に示すように、超音波ホーン２００は、右側の第２積層体３７２を構成する内側の第２圧電素子３５３の分極方向を下方向とし、外側の第２圧電素子３５４の分極方向を上方向とし、第２圧電素子３５３，３５４の間に積層されている電極板３６５を第２高周波電源４２のグランド端子４２Ｇに接続し、第２積層体３７２の両端に積層されている電極板３６４，３６６を第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐに接続したものである。
【0064】
従って、超音波ホーン２００は、第２積層体３７１，３７２は、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される各第２圧電素子３５１と第２圧電素子３５３、第２圧電素子３５２と第２圧電素子３５４の分極方向が同一となるように角柱状部３３左右の側面３３１、３３２にそれぞれ取付けられており、角柱状部３３に対して幅方向の対称位置に配置される電極板３６１と電極板３６４、電極板３６２と電極板３６５、電極板３６３と電極板３６６が第２高周波電源４２の異なる端子、即ち一方が出力端子４２Ｐ、他方がグランド端子４２Ｇに接続されるように構成したものである。他の構成については、先に説明した超音波ホーン１００と同一である。
【0065】
図８を参照しながら、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合の超音波ホーン２００の動作について説明する。左側の第２積層体３７１の変位は先に説明した超音波ホーン１００と同一であるので説明は省略する。
【0066】
図８に示すように、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合、右側の内側の第２圧電素子３５３には電極板３６４から電極板３６５に向かって右方向に向かって電流が流れ、分極方向は下方向である。この電流の流れ方向と分極方向は、左側の第２圧電素子３５１と同様である。従って、右側の内側の第２圧電素子３５３は、左側の第２圧電素子３５１と同様、矢印９８ｅ，９８ｆに示すように右側が下方向、左側が上方向となるようにせん断変形する。同様に右側の第２圧電素子３５４に流れる電流の方向と分極方向とは左側の第２圧電素子３５２と同様となるので、右側の第２圧電素子３５４は、左側の第２圧電素子３５２と同様、矢印９８ｇ，９８ｈに示すように右側が下方向、左側が上方向となるようにせん断変形する。
【0067】
このように、超音波ホーン２００では、超音波ホーン１００と同様、内側の第２圧電素子３５３と外側の第２圧電素子３５４とは、第２高周波電源４２の出力端子４２Ｐの電位がプラスの場合には、いずれも外側となる右側が下方向に変形するようにせん断変形する。そして、第２圧電素子３５３、３５４は、せん断変形により右側のウェイト３８２を下方向に移動させる。
【0068】
これにより、超音波ホーン１００と同様、第２積層体３７１、３７２に高周波電力を印加した際に角柱状部３３の左右の第２積層体３７１、３７２が上下反対方向にせん断変形し、各ウェイト３８１、３８２をそれぞれ上下反対方向に移動させるので、角柱状部３３にねじりモーメントを印加し、角柱状部３３をねじり振動させることができる。
【0069】
超音波ホーン２００は、超音波ホーン１００と同様の作用効果を奏する。
【0070】
【0071】
図９に示す超音波ホーン３００は、先に説明した超音波ホーン１００，２００の形状記憶合金の与圧リング３９に代えて、クランプ式与圧リング３９ａを用いて角柱状部３３の左右の側面３３１，３３２に積層されている第２圧電素子３５１～３５４をそれぞれ厚み方向に与圧するように構成したものである。
【0072】
クランプ式与圧リング３９ａは、隙間が開いた円環状、或いは、Ｃ型状のリング部３９ｂと、隙間の両側でリング部３９ｂから半径方向外側に向かって突出した２つのフランジ部３９ｃと、２つのフランジ部３９ｃに設けられた孔に挿通されてナット３９ｅと共に２つのフランジ部３９ｃを周方向に占め込むボルト３９ｄとで構成されている。
【0073】
クランプ式与圧リング３９ａは、ボルト３９ｄとナット３９ｅを取り外した状態では、リング部３９ｂの内周の長さは、左右のウェイト３８１，３８２と左右の第２積層体３７１，３７２と角柱状部３３の上面３３ａと下面３３ｃの外周の長さよりも長くなっている。クランプ式与圧リング３９ａで第２圧電素子３５１～３５４に与圧を掛ける場合には、ボルト３９ｄとナット３９ｅを取り外してリング部３９ｂの内周の長さを左右のウェイト３８１，３８２と左右の第２積層体３７１，３７２と角柱状部３３の上面３３ａと下面３３ｃの外周の長さよりも長くし、この部分の外周を囲むように後端側からリング部３９ｂを嵌め込む。そして、２つのフランジ部３９ｃの孔にボルト３９ｄを通し、反対側からナット３９ｅを締め込んで、２つのフランジ部３９ｃの間の隙間を小さくする。これにより、リング部３９ｂの内面が各ウェイト３８１，３８２を介して左右の第２圧電素子３５１～３５４を角柱状部３３の左右の側面３３１，３３２に押しつける。これにより、リング部３９ｂの内面が左右の側面３３１，３３２に積層されている第２圧電素子３５１～３５４を厚み方向に与圧する。
【0074】
超音波ホーン３００は、簡便な構成で、第２圧電素子３５１～３５４を厚み方向に与圧することができる。
【0075】
以上、説明した超音波ホーン１００、２００、３００では、断面が四角い角柱状部３３の左側面３３１と右側面３３２に第２積層体３７１，３７２を取付ける構成として説明したが、角柱状部３３は、断面が四角に限らない。左側面３３１と右側面３３２とを備えていれば、例えば、断面が６角形、８角形としてもよい。
【0076】
この点に関し、超音波ホーン１００、２００、３００では、１組の第２積層体３７１，３７２を有する構成を説明したが、第２積層体３７１，３７２の数は２つに限らず、図示しないが請求項に記載されている他の代替実施形態のように、超音波ホーンにおいて、トルクのためのＹ軸周りの往復回転運動を発生させるために、第２積層体の個数は１つであっても３つ以上であってもよい。
【0077】
また、ウェイト３８１，３８２は、第２積層体３７１，３７２のせん断変形により発生したトルクを増強するために、超音波ホーン１００、２００、３００の第２積層体３７１，３７２の幅方向外側にそれぞれ取付けられる。ウェイト３８１，３８２はトルクの増幅を容易にするために鉛又はタングステンなどの重金属から成るため、トルクが効果的に増幅される。
【0078】
一方、ウェイト３８１，３８２は、角柱状部３３が、長い棒のように長い距離に渡って横方向に延び、第２積層体３７１，３７２が、長い棒状の角柱状部３３の遠端近辺に配置されるような特定の実施形態においては、任意の構成である。角柱状部３３の構造的な構成によって、ウェイト３８１，３８２は、超音波ホーン１００、２００、３００の幅方向に沿って、第２積層体３７１，３７２の外側又は内側に配置される。
【0079】
超音波ホーン１００、２００、３００では、開示された実施形態において、ねじり振動発生部３０が、縦振動発生部１０の前後方向後方に位置する構成を説明した。請求の範囲に記載の他の潜在的な応用法においては、ねじり振動発生部３０と縦振動発生部１０の相対的な位置は、このような位置関係に限定されない。
【符号の説明】
【0080】
１０ 縦振動発生部、１１ ケーシング、１２ 開口、１２ｆ 前方面、１２ｒ 後端面、１３，１３１，１３２ 第１圧電素子、１４，１４ａ，１４ｂ，３６１～３６６ 電極板、１５ 第１積層体、１６ 与圧楔、１７ 取付けアーム、１７ａ ボルト穴、２０ ホーン部、２１ 前端部、３０ ねじり振動発生部、３１ 本体、３２ 接続部、３３ 角柱状部、３３ａ 上面、３３ｃ 下面、３４ 後端部、３９ 与圧リング、３９ａ クランプ式与圧リング、３９ｂ リング部、３９ｃ フランジ部、３９ｄ ボルト、３９ｅ ナット、４１ 第１高周波電源、４１Ｇ，４２Ｇ グランド端子、４１Ｐ，４２Ｐ 出力端子、４２ 第２高周波電源、５１ キャピラリ、１００，２００，３００ 超音波ホーン、１０１ 中心軸、１３１ｆ，１３２ｆ 前面、１３１ｒ，１３２ｒ 後面、３３１ 左側面、３３２ 右側面、３５１～３５４ 第２圧電素子、３７１，３７２ 第２積層体、３８１，３８２ ウェイト。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】