JP2011041993A

JP2011041993A - 超音波切断用ホーン

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Publication number: JP2011041993A
Application number: JP2009190162A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Deshimaru; 喜博弟子丸; Tomomasa Imai; 智將今井
Original assignee: Nippon Future Co Ltd
Current assignee: Nippon Future Co Ltd
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: JP5486240B2

Abstract

【課題】超音波切断用ホーンの軽量化や、超音波切断装置全体の小型化、低コスト化を図るのに好適な超音波切断用ホーンを提供する。
【解決手段】超音波切断用ホーンＨは、先端が刃部１になっている板状のホーン本体２と、ホーン本体２の幅より小さい小ブロック３と、を備え、小ブロック３は、ホーン本体２の後端に設けられるとともに、上面に超音波切断装置への取り付け用のネジ部５を有し、ホーン本体２は、その全体の板厚ｔが前記ネジ部５のネジ径ｄより薄く設けられるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波切断装置の切断刃として使用される超音波切断用ホーンに関し、特に、その軽量化や、超音波切断装置全体の小型化、低コスト化を図れるようにしたものである。

従来、ケーキのように形が崩れやすい食材や、ゴム等のように柔らかい工業用資材を切断する手段として、超音波切断装置が使用されている。この種の超音波切断装置は、切断刃として、図９に示す押し切り刃形状の超音波切断用ホーンＨを備えるものがある（例えば、特許文献１の図１２（ａ）を参照）。

図９の超音波切断用ホーンＨは、ホーン本体２の先端が刃部１になっていて、その後端に設けたネジ部５により周知のコーンに取り付けられる。当該コーンは超音波振動子に取り付けられており、超音波振動子で生成された超音波は、その振幅を当該コーンで増幅された後、ネジ部５を介してホーン本体２全体を共振させる。これにより、超音波切断用ホーンＨは、縦方向（ホーン本体の幅Ｌ方向と垂直な方向）に振動し、その刃部１によって被切断物Ｗを押し切る方式で切断する。

しかしながら、図９に示す従来の超音波切断用ホーンＨによると、ホーン本体２の後端２ａにネジ部５を設けるために、ホーン本体２の後端２ａ全体をそれ以外の部分より厚肉に形成している。このため、超音波切断用ホーンＨ全体の重量が増し、重い超音波切断用ホーンＨをコーンから取り外して刃部１を点検したり研いだりするなど、メンテナンス時における超音波切断用ホーンの取り扱い性が悪い。

また、以上のように超音波切断用ホーンＨが重いと、その重量を支えるネジ部５や該ネジ部５の取付け部位等、超音波切断用ホーンＨの支持系を剛性の高い堅固なものにしなければならず、超音波切断装置全体が大型化し、装置全体のコストが高くならざるを得ない。

特開２００３−２３１０８９号公報

本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは超音波切断用ホーンの軽量化や、超音波切断装置全体の小型化、低コスト化を図るのに好適な超音波切断用ホーンを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、超音波切断装置の切断刃として使用される超音波切断用ホーンであって、前記超音波切断用ホーンは、先端が刃部になっている板状のホーン本体と、前記ホーン本体の幅より小さい小ブロックと、を備え、前記小ブロックは、前記ホーン本体の後端に設けられるとともに、上面に前記超音波切断装置への取り付け用のネジ部を有し、前記ホーン本体は、その全体の板厚が前記ネジ部のネジ径より薄く設けられることを特徴とする。

前記本発明において、前記ホーン本体と前記小ブロックは、別部品として作製され、ロウ付け又は溶接等の接合手段によって一体化されている構造を採用することができる。

前記別部品の構成において、前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向中央に一つ配置されている構造を採用することができる。

前記別部品の構成において、前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向に所定間隔で並んで複数配置されている構造を採用することもできる。

前記超音波切断用ホーンは、さらに、前記小ブロックの両側を前記ホーン本体の幅方向に延長した形態の補強板を備え、該補強板を前記接合手段によって前記ホーン本体に一体に接合してなる構造を採用してもよい。

また、前記本発明において、前記ホーン本体と前記小ブロックは、一つの母材から切り出し形成してなる一部品として構成することもできる。

前記一部品の構成において、前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向中央に一つ配置されている構造を採用することができる。

前記一部品の構成において、前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向に所定間隔で並んで複数配置されている構造を採用することもできる。

前記本発明において、前記ネジ部は、前記小ブロックの上面から突出した雄ネジ、又は、小ブロックの上面に穿設した雌ネジであるものとしてもよい。

本発明にあっては、超音波切断用ホーンの具体的構成として、先端が刃部になっている板状のホーン本体とホーン本体の幅より小さい小ブロックとを備える構成、および、その小ブロックは、ホーン本体の後端に設けられるとともに、上面に超音波切断装置への取り付け用のネジ部を有し、ホーン本体は、その全体の板厚が前記ネジ部のネジ径より薄く設けられる構成を採用した。このため、ホーン本体のネジ部周辺の板厚がそれ以外の部分の板厚と同様に薄くなって、超音波切断用ホーン全体が軽量になり、メンテナンス時などにおける超音波切断用ホーンの取り扱い性が向上する。

また、超音波切断用ホーン全体が軽量であるため、その重量を支えるネジ部や該ネジ部の取付け部位等、超音波切断用ホーンの支持系としては従来に比べて剛性の低い比較的小型なものを採用することができ、超音波切断装置全体の小型化や低コスト化も図れる。

本発明において、特にホーン本体と小ブロックを別部品とした構成によると、ホーン本体の作製については、ネジ部のネジ径より薄い板材に刃部を形成するだけの研磨ないしは切削加工で済み、小ブロックの作製については、ネジ径より少し大径の棒材に対してネジ部を形成するだけの切削ネジ加工で済むことから、切削等によって無駄に捨てられる材料が少なく、超音波切断用ホーン全体の更なるコスト低減を図れる。

図１は本発明の第１の実施形態である超音波切断用ホーンの説明図であり、（ａ）は超音波切断用ホーンの正面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。図２は図１の超音波切断用ホーンを切断刃として超音波切断装置に取り付けた状態（使用例）とその超音波切断装置の動作概念の説明図である。図３は図１の超音波切断用ホーンを切断刃として別の超音波切断装置に取り付けた状態（使用例）の説明図である。図４は図１（ａ）のホーン本体の幅を拡張したワイドタイプのホーン本体の説明図である。図５は図１（ａ）のホーン本体の幅を拡張したワイドタイプのホーン本体（ネジ部付き小ブロックを複数設けたタイプ）の説明図である。図６は図１（ａ）のホーン本体の幅を拡張したワイドタイプのホーン本体（補強板を設けたタイプ）の説明図である。図７は本発明の第２の実施形態である超音波切断用ホーンの説明図であり、（ａ）は超音波切断用ホーンの正面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。図８はネジ部の他の実施形態（雌ネジタイプ）の説明図であり、（ａ）はその雌ネジタイプのネジ部を備えた超音波切断用ホーンの正面図、（ｂ）はその側面図である。図９は従来の超音波切断用ホーンの斜視図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態である超音波切断用ホーンの説明図、図２は図１の超音波切断用ホーンを切断刃として超音波切断装置に取り付けた状態（使用例）とその超音波切断装置の動作概念の説明図、図３は図１の超音波切断用ホーンを切断刃として別の超音波切断装置に取り付けた状態（使用例）の説明図である。

図１の超音波切断用ホーンＨは、同図（ａ）（ｂ）に示したように、先端が刃部１になっている板状のホーン本体２と、ホーン本体２の幅Ｌより小さい幅寸法の小ブロック３とからなり、ホーン本体２と小ブロック３は、それぞれ別部品として作製し、ロウ付け又は溶接等の接合手段４によって一体化してある。

＜小ブロック３の詳細構成＞
前記小ブロック３は、ホーン本体２の後端に設けられるとともに、上面に超音波切断装置Ｍ（図２参照）への取り付け用のネジ部５を有している。

前記ネジ部５は、小ブロック３の上面より突出した雄ネジからなり、この雄ネジのネジ部５によって、超音波切断用ホーンＨは、例えば図２のように超音波切断装置ＭのコーンＣに取り付けられる。また、本超音波切断用ホーンＨは、例えば図３のように超音波切断装置Ｍの超音波振動子Ｄに直接取り付ける構成も採りうる。

図２の例ではコーンＣは超音波振動子Ｄに取り付けられている。従って、超音波振動子Ｄで生成された超音波は、コーンＣで振幅の増幅がなされた後、雄ネジのネジ部５と小ブロック３を介してホーン本体２を共振させる。この共振によってホーン本体２は縦方向（ホーン本体２の幅Ｌ方向と垂直な方向）に振動する。

図３の例では、超音波振動子Ｄがコーンとしての増幅機能も持っていて、超音波振動子Ｄで生成・増幅された超音波は、雄ネジのネジ部５と小ブロック３を介して同様にホーン本体２を共振させる。この共振によってホーン本体２は縦方向に振動する。

図１（ａ）（ｂ）の例では、小ブロック３をホーン本体２の幅Ｌ方向中央に一つだけ配置する構成を採ったが、この小ブロック３の数や配置場所については、ネジ部５によるホーン本体２の取付け強度や取付け安定性等との関係から必要に応じて適宜変更することができる。

前記構造のネジ部５付き小ブロック３は、例えば、以下の手順Ａ〜Ｃによって作製することができる。
（手順Ａ）小ブロック３と同じ幅の棒材を用意する。
（手順Ｂ）用意した棒材を径方向に切断し、小ブロック３とネジ部５（雄ネジ）の長さ分の母材ブロックを得る。
（手順Ｃ）得られた母材ブロックに雄ネジのネジ加工を施してネジ部５を形成する。

＜ホーン本体の詳細構成＞
ホーン本体２は、図１（ｂ）のように、その全体の板厚ｔが一様にネジ部５のネジ径ｄより薄くなっていて、刃部１の最先端から小ブロック３直下までの深さで被切断物を押し切ることができるようになっている。

前記構造のホーン本体２については、例えば、以下の手順１〜３によって作製することができる。
（手順１）ホーン本体２の母材としてネジ部５のネジ径ｄより薄い板材を用意する。
（手順２）用意した板材を縦横所定の寸法に切断する。
（手順３）用意した板材の先端を刃部１として図１（ｂ）のように削って尖らせる。

ホーン本体２と小ブロック３の一体化は、例えば、図１（ｂ）のように小ブロック３の下面に嵌合溝６を形成し、嵌合溝６にホーン本体２の上端を嵌め込み、この嵌め込み部をロウ付け又は溶接等の接合手段４によって接合する方式を採用することができる。これ以外の別の方法でホーン本体２と小ブロック３を一体化してもよい。

図４から図６は、図１（ａ）のホーン本体２の幅Ｌを拡張（約４．５倍）したワイドタイプのホーン本体２の説明図である。なお、ホーン本体２の拡張倍率は上記倍率に限定されることはない。

この図４から図６の例のようなワイドタイプのホーン本体２において、一つのネジ部５でも取付け強度や取付け安定性等が十分であるなら、ネジ部５付き小ブロック３は、図４のようにホーン本体２の幅Ｌ方向中央に一つ配置するだけでよい。

この一方、一つのネジ部５ではホーンの機械的負荷が大き過ぎて超音波発振器との整合が難しくなるなら、ネジ部５付き小ブロック３は、図５のようにホーン本体２の幅Ｌ方向に所定間隔で並んで複数配置するのが好ましい。この図５の例においては、ホーン本体２の取付け強度のバランスを採る等の観点から、ホーン本体２の幅Ｌ方向中央を基準として左右対称にネジ部５付き小ブロック３を計２つ配置しているが、この配置形態や配置数に限定されることはない。

また、ホーン本体２の幅Ｌ方向曲げ剛性が不足するなら、図６のように小ブロック３と一体の補強板７を採用することができる。この補強板７は、小ブロック３の両側をホーン本体２の幅Ｌ方向に延長した形態になっており、かかる補強板７をロウ付けや溶接等の接合手段によってホーン本体２に一体に接合することにより、ホーン本体２の幅Ｌ方向曲げ剛性が向上する。

図４から図６の例のようにホーン本体２の幅Ｌがワイドになると、小ブロック３からホーン本体２に伝達される超音波は小ブロック３を基点として扇状に幅広く拡がるように進行する。このため、その超音波の横方向（ホーン本体２の幅Ｌ方向）進行成分によってホーン本体２の横振れが起きやすく、横振れによる曲げ応力がホーン本体２内部に蓄積されて、ホーン本体２が金属疲労破壊するおそれがある。

そこで、前記金属疲労破壊の不具合を防止するために、図４から図６の例のようなワイドタイプのホーン本体２では、その幅Ｌ方向と垂直な縦方向のスリット又は長孔等からなるスロット８を小ブロック３の左右両側に形成することによって、超音波の横方向（ホーン本体２の幅Ｌ方向）進行成分をカットし、ホーン本体２の横振れを防止する。

次に、以上説明した超音波切断用ホーンＨの使用例について図２を基に説明する。

図２の例では、本超音波切断用ホーンＨを超音波切断装置ＭのコーンＣに取り付けて使用する。ホーンＨの取付け完了後、図示しない装置動作開始スイッチをＯＮにすると、超音波振動子Ｄにおいて生成された超音波によって本超音波切断用ホーンＨが縦方向（ホーン本体２の幅Ｌ方向と垂直な方向）に振動する。

また、被切断物ＷがベルトコンベアＥにより間欠的に右方向へ送られ、この送り動作に連動して、超音波切断用ホーンＨが上下方向に往復移動する。この往復移動は図示しない移動手段によって行われる。

超音波切断用ホーンＨが下降するときに被切断物Ｗは停止しており、停止中の被切断物Ｗを超音波切断用ホーンＨの刃部１が押し切る方式で切断する。

切断完了後、超音波切断用ホーンＨが被切断物Ｗの上面より少し上の位置まで上昇したら、被切断物ＷはベルトコンベアＥの間欠動作によって所定量送られる。この送り動作の完了後、再び超音波切断用ホーンＨが下降し、被切断物Ｗを切断する。

以上の切断と送りの動作を交互に繰り返すことによって、超音波切断装置Ｍは被切断物を縦振動でスライス状に押し切り・切断する。

（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態である超音波切断用ホーンの説明図である。

第１の実施形態では、ホーン本体２と小ブロック３をそれぞれ別部品として作製し、それらを後で接合する構成を採ったが、第２の実施形態では、ホーン本体２と小ブロック３を一つの母材から切り出し形成して一部品化した構成を採っている。

前記のように一部品化されたホーン本体２と小ブロック３とからなる超音波切断用ホーンＨにおいても、図示は省略するが、図４、図５のようにホーン本体２を幅Ｌ方向に拡大したワイドタイプの構成、図５のように小ブロック３をホーン本体２の幅Ｌ方向中央に一つ配置する構成、並びに図６のように小ブロック３をホーン本体２の幅Ｌ方向に所定間隔で並んで複数配置する構成を採用することができる。

（ネジ部の他の実施形態）
先に説明した第１および第２の実施形態では、ネジ部５を雄ネジとする構成を採用したが、このネジ部５については図８（ａ）（ｂ）に示すように雌ネジの構成を採用することもできる。

１刃部
２ホーン本体
３小ブロック
４接合手段
５ネジ部
６嵌合溝
７補強板
８スロット
Ｃコーン
Ｄ超音波振動子
Ｅベルトコンベア
Ｈ超音波切断用ホーン
Ｍ超音波切断装置

Claims

超音波切断装置の切断刃として使用される超音波切断用ホーンであって、
前記超音波切断用ホーンは、
先端が刃部になっている板状のホーン本体と、
前記ホーン本体の幅より小さい小ブロックと、を備え、
前記小ブロックは、前記ホーン本体の後端に設けられるとともに、上面に前記超音波切断装置への取り付け用のネジ部を有し、
前記ホーン本体は、その全体の板厚が前記ネジ部のネジ径より薄く設けられること
を特徴とする超音波切断用ホーン。
前記ホーン本体と前記小ブロックは、別部品として作製され、ロウ付け又は溶接等の接合手段によって一体化されていること
を特徴とする請求項１に記載の超音波切断用ホーン。
前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向中央に一つ配置されていること
を特徴とする請求項２に記載の超音波切断用ホーン。
前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向に所定間隔で並んで複数配置されていること
を特徴とする請求項２に記載の超音波切断用ホーン。
前記超音波切断用ホーンは、さらに、前記小ブロックの両側を前記ホーン本体の幅方向に延長した形態の補強板を備え、該補強板を前記接合手段によって前記ホーン本体に一体に接合してなること
を特徴とする請求項３又は４に記載の超音波切断用ホーン。
前記ホーン本体と前記小ブロックは、一つの母材から切り出し形成してなる一部品であること
を特徴とする請求項１に記載の超音波切断用ホーン。
前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向中央に一つ配置されていること
を特徴とする請求項６に記載の超音波切断用ホーン。
前記小ブロックは、前記ホーン本体の幅方向に所定間隔で並んで複数配置されていること
を特徴とする請求項６に記載の超音波切断用ホーン。
前記ネジ部は、前記小ブロックの上面から突出した雄ネジ、又は、小ブロックの上面に穿設した雌ネジであること
を特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超音波切断用ホーン。