JP2615346B2 - 切断装置 - Google Patents

切断装置

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JP2615346B2 JP21293693A JP21293693A JP2615346B2 JP 2615346 B2 JP2615346 B2 JP 2615346B2 JP 21293693 A JP21293693 A JP 21293693A JP 21293693 A JP21293693 A JP 21293693A JP 2615346 B2 JP2615346 B2 JP 2615346B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に高周波（超音波）
振動装置を使用した方法による切断の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波切断方法では、切断ブレー
ドが、長手方向振動軸心を含む平面内に設置されるよう
にして、超音波振動装置上に装架された切断ブレードを
使用し、このブレードを該平面内で切断すべき物品に通
して動かす。
【０００３】そのような従来の方法の短所は、切込みの
深さが限定されることである。このために超音波切断は
一般的に、紙や布地、あるいは薄いプラスチック板のよ
うな薄い物品の切断に限られていた。相当な厚みのある
ブロックの切断や、複数の平行な切断を同時に行うこと
は非常に困難である。
【０００４】又、例えば落すとバラバラに壊れてしまう
ガラスや、あるいはハニカムのような脆弱又は破砕し易
い材料を切断することも難かしい。
【０００５】本出願人の共願ＥＵ−Ａ−８９１０９４８
８．０号には、切断ブレードが、長手方向振動軸心に対
して横断方向（好適には直角）に延在する平面内に設置
されるようにして切断ブレードを超音波振動装置上に装
架し、そしてそのブレードを該平面内において物品に通
して動かすことにより物品を切断する如き方法と装置が
記載されている。
【０００６】そこでブレードは、これが物品を通ってい
く所の平面に対して横断方向に前後に振動し、これによ
りその切断線に沿って物品の材料を切除していく。ブレ
ードは、これの寸法から決まる複雑な振動様式で振動す
る。
【０００７】振動装置は基本的に、通常ロッドの形状を
したホーンの形の振動機構を備え、そしてこのホーンの
後部に直接的に又はブースタ装置を介して間接的に結合
された正弦波運動を作る超音波出力源、例えばトランス
ジューサによってホーンの前面が超音波周波数で振動さ
せられる。その超音波ホーンは長手方向軸心を有する方
向の超音波振動を発生する。この場合、波腹間の中間地
点にあって空間内に静止している波節から４分の１波長
の個所の波腹を形成するホーンの両端部、例えば前面と
後面において最大の振動が生じる。通常、超音波ホーン
の長さはきっちりと波長の２分の１に決められる。
【０００８】ＥＵ−Ａ−８９１０９４８８．０号の発明
の１つの実施例において、振動装置は、超音波ホーンに
取付けられてそのホーンにより振動させられる１個又は
それ以上の支持部材を備え、この各支持部材が複数個の
ブレードを支持し、これらブレードはそれぞれ波腹の個
所に置かれ、その個所で振動させられるようになってい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、２つ以上の
振動面又は波腹を有し、その各振動面にブレードが、振
動軸心に対して横断方向（好適には直角）に延在する平
面内に設置されるようにして支持される如き超音波ホー
ンを用いようとするものである。
【００１０】この明細書において、ホーン（又、ソノト
ロードとして知られる）は、例えばアルミニウム又はチ
タンの低密度合金のような適当な金属で作られる、通常
２分の１波長の長さの共振超音波装置である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題のために本発明
は、超音波振動装置、及び、この超音波振動装置上に装
架されて振動させられる切断ブレードを備え、そしてこ
のブレードが、振動軸心に対して横断方向の平面内に設
置される如き切断装置において、該超音波振動装置が、
波節点の周囲に対称的に配置される２個以上の突出部を
有する超音波ホーンを備え、該突出部がそれぞれに、該
波節点から４分の１波長の距離の個所に設定される振動
面を有し、そしてこれら振動面の１つが直接的又は間接
的にトランスジューサに取付けられることを特徴とする
切断装置を提供する。
【００１２】振動面の１つが間接的にトランスジューサ
に取付けられるというのは、「増幅（ｇａｉｎ）」即ち
「振動の振幅を増大」するブースタ装置を介するという
ことか、あるいは又、両端部に振動面を有し、その一方
の振動面がトランスジューサに取付けられるロッド形の
超音波ホーンを介するということである。
【００１３】従ってそれら振動面は超音波ホーンの単一
の波節点から等距離になる。これ以後、「波節点」の周
囲に対称的に配置された２個以上の突出部を有する「超
音波ホーン」を「超音波ホーン」と称し、そして「ロッ
ド形超音波ホーン」を「ロッド形ホーン」を「ロッド形
ホーン」と称することにする。
【００１４】超音波ホーンの突出部の個数は実際上の観
点のみによって規制されるもので、例えばそれら突出部
の個数は２０にまですることができよう。一般的には超
音波ホーンの突出部は３個、４個、６個、又は８個とさ
れ、そして３個の場合突出部はほぼＹ字形に配置され、
６個及び８個の場合ほぼ星形に配置される。特に好適な
のは４個の突出部をもった十字形の超音波ホーンであ
る。トランスジューサが超音波ホーンの１つの突出部の
面又はロッド形ホーンの一方の端部に結合されてそのホ
ーンを振動させる。その最大の振動は、超音波ホーンの
その他の突出部の面又はロッド形ホーンの他方の端部に
生じる。
【００１５】切断ブレードは波腹において、超音波又は
ロッド形ホーンの１つ又はそれ以上の振動面（トランス
ジューサに取付けられる面以外の面）に取付けられ、そ
こで振動させられる。好適には、そのトランスジューサ
に取付けられた超音波又はロッド形ホーンの１つ又はそ
れ以上の振動面に、更に別の１個又はそれ以上の追加の
ロッド形ホーン又は超音波ホーンが取付けられ、そして
これら追加のロッド形又は超音波ホーンも各々１個又は
それ以上のブレードを波腹の個所で支持し、振動させ
る。ロッド形ホーンはこれの両端部に振動面を有し、そ
して超音波ホーンは、波節点の周囲に対称的に配置され
る突出部を有する形状に作られ、これら突出部がそれぞ
れ、波節点から４分の１波長の距離に設定された振動面
を有するようにされる。
【００１６】少なくとも幾つかの超音波又はロッド形ホ
ーンは、これらが取付けられる超音波又はロッド形ホー
ンに対して波腹の位置を接近又は遠隔する方向に変位さ
せるよう、例えば質量減少又は質量増加のような型式の
波節／波腹変位装置による形状ファクタを備える。波腹
の位置の変位はブレードの間隔を変える。そこで装置が
多ブレードである場合、それらブレードは相互に千鳥に
ずらされ、従って物品に同時に複数個の切断線を入れて
切断することができる。
【００１７】好適には２個の超音波又はロッド形ホーン
が相互に平行にしてトランスジューサに直接的に又はブ
ースタを介して間接的に取付けられて、各ブレードをそ
れら２個の超音波又はロッド形ホーンの相互に隣合う振
動面により支持する。ブレードは好適にはその両端部が
固定される。そのような複駆動式の装置は、トランスジ
ューサに超音波又はロッド形ホーンが１個だけ取付けら
れる単駆動式装置よりも切断力を大きくすることができ
る。この実施例において好適には、トランスジューサに
取付けられた該２個の平行な超音波又はロッド形ホーン
の１対又はそれ以上の対の平行な振動面に、更に追加の
１対又はそれ以上の対の平行なロッド形ホーン又は超音
波ホーンが取付けられ、これら追加のロッド形又は超音
波ホーン対はそれぞれに１個又はそれ以上のブレードを
支持し、そしてこれらブレードは各々これの両端部が波
腹の個所で該超音波又はロッド形ホーン対の相互に隣合
う平行な振動面に取付けられる。ブレードは相互に平行
な複数個の平面内に１個ずつ設置される。
【００１８】ロッド形ホーン又は超音波ホーンの個数は
実際上の観点のみによって規制されるもので、例えばそ
の個数は２０にまですることができよう。
【００１９】波腹は正弦波振動の頂点である。そこで本
明細書において、波腹は振動の無い静止点である波節か
ら４分の１波長＋１０％、好適には４分の１波長＋５
％、より好適には＋２％、更に好適には＋１％、そして
最も好適には真の波腹点、即ち波節から４分の１波長の
個所を意味するものと理解すべきである。
【００２０】超音波ホーンとロッド形ホーンは疲労強度
の大きいアルミニウム又はチタン合金で作るのが望まし
い。超音波ホーンはバーを機械加工することによって作
ることができ、又ホーンと支持部材の結合は植込みネジ
によって行うことができよう。
【００２１】ブレードは好適には硬く強靱な、あるいは
可撓性の材料、例えば、鋼、グラファイト浸漬鋼、焼入
れした高張力鋼、ジルコニウム型のような可撓性のセラ
ミックス、又は繊維補強した複合物で作られる。ブレー
ドには、クロム、ポリテトラフルオロエチレン、又は可
撓性セラミックスのような非付着性及び／又は耐摩耗非
摩擦性のコーディングの被覆あるいはその他の表面硬化
処理を行ってもよい。ブレードの切断エッジは、中空の
エッジを作るようにスパーク腐食加工又はその他の切削
加工によって形成してもよい。
【００２２】ブレードは、幅の広いもの、狭いもの、薄
いもの、あるいはワイヤにすることができる。ブレード
の形状は、円形、三角形、ほぼ正方形とすることができ
るが、好適には長さ１０から１００ｍｍそして幅１から
２２ｍｍの矩形にされる。ブレードがほぼ正方形又は矩
形にされる場合、好適には、その両端部以外の長さの部
分の幅がより狭くされる。例えば、両端部間の長さの４
０から９０％、好適には５０から７０％の部分の幅が、
両端部における幅の６０％以下に狭くされる。ブレード
の厚さは０．２５から１．５ｍｍ、通常は０．５から
１．３５ｍｍ、そして好適には０．８５から１．２ｍｍ
である。両端部で駆動されるブレードは通常その両端部
に孔が設けられる。
【００２３】本発明は又、切断ブレードが、長手方向振
動軸心に対して横断方向の平面内に設置されるようにし
て、そのブレードを超音波振動装置上に装架すること、
及び、該ブレードを該平面内で物品に通して動かすこと
を含む、物品の切断方法において、該超音波振動装置
が、波節点の周囲に対称的に配置される２個以上の突出
部を有する超音波ホーンを備え、該突出部がそれぞれ
に、該波節点から４分の１波長の距離の個所に設定され
る振動面を有し、そしてこれら振動面の１つが直接的又
は間接的にトランスジューサに取付けられる如き切断方
法を提供する。
【００２４】切断すべき物品に対するブレードの送り
は、必要であれば、物品をブレードに対して動かすこと
によって行うことができる。しかし又ブレードを物品に
対して動かすことも可能である。
【００２５】使用される周波数は、５から１５ＫＨｚの
可聴範囲にすることができるが、好適には１５から１０
０ＫＨｚ、特に２０から４０ＫＨｚの範囲にされる。
【００２６】
【実施例】以下、添付図面を参照に本発明の実施例を記
述する。
【００２７】図面に示されるように、本発明の切断装置
は、トランスジューサ１０、ブースタ１１、波節点１７
から４分の１波長（１波長は、アルミニウム合金で２０
ＫＨｚの場合に約２４０ｍｍ）の波腹の個所に設定され
る４つの振動面１３、１４、１５、１６を有する十字形
の超音波ホーン１２、１２ａ、１２ｂ、ロッド形ホーン
１８、及び、ブレード１９を備える。このブレードが図
２、図４、及び図７に示されるような両端部で駆動され
るものである場合、その両端部に孔２０が設けられ、そ
してブレードはそれら孔に通される内部結合スタッド２
１によって振動面に結合される。図５において、超音波
ホーン１２ａと１２ｂは、ホーン１２ａの波腹振動面１
４と１６がホーン１２の波腹振動面に対して変位するよ
うにされ、又ホーン１２ｂの波腹振動面がホーン１２ａ
の波腹振動面に対して変位するような形状ファクタを有
し、これによりブレードを、相互に千鳥に変位した波腹
の個所に設置することができる。
【００２８】切断ブレードは振動軸心に対して直角な平
面内に置かれる。図７のブレードは、厚さ１ｍｍ、幅１
５ｍｍ、長さ９０ｍｍであり、又図８のブレードは、厚
さ１ｍｍ、長さ８７ｍｍ、最大幅２４ｍｍ、最小幅８ｍ
ｍであり、そして孔の直径は１０．５ｍｍである。
【００２９】操作において、ブースタ装置１１に助勢さ
れるトランスジューサ１０が超音波出力を送出して超音
波ホーンの面１３、１４、１５、１６を２０ＫＨｚで振
動させる。これによってブレード１９が図１、図２、及
び図５における矢印の方向に振動させられる。こうして
振動しながらブレードは、図６に示されるように、テー
ブル２３上に支持されたウェハァ・ビスケット２２に通
して図面において右の方へ送られていき、複数の切断線
を同時に切開する。図６に示されるように切断装置が傾
斜して設定されることにより、ビスケット２２はトラン
スジューサ、ブースタ、及び十字形ホーン１２の下を通
過することができる。
【００３０】本発明の切断装置はブレード交換が簡単で
あり、又、切断される材料がそれ自体で、波腹個所の最
大振動部をもった装置の中へ送り込まれていくような自
動送り作用が可能とされる。
【００３１】本発明の切断装置で切断できる材料として
は、金属、石材、プラスチック、菓子、チョコレート、
食品、薬品、化粧品、紙、及び段ボールがある。本発明
の装置は特に、任意の厚さの脆弱又は破砕し易い材料の
切断に有効であり、又冷凍食品の切断にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単駆動式切断装置の概略斜視図。
【図２】本発明の複駆動式切断装置の概略斜視図。
【図３】単駆動式切断装置の概略側面図。
【図４】複駆動式切断装置の概略側面図。
【図５】２個のホーンがブレードを相互に千鳥に変位さ
せるような形状ファクタを有している、単駆動式又は複
駆動式切断装置の平面図。
【図６】図５の切断装置の側面図。
【図７】図２の両端部で駆動されるブレードの図面。
【図８】図４の両端部で駆動されるブレードの図面。
【符合の説明】
１０ トランスジューサ １１ ブースタ １２ 超音波ホーン １３ 振動面 １４ 振動面 １５ 振動面 １６ 振動面 １７ 波節点 １８ ロッド形ホーン １９ ブレード ２２ ウェハァ・ビスケット

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波振動装置、及び、この超音波振動
    装置上に装架されて振動させられる切断ブレードを備
    え、そしてこのブレードが、振動軸心に対して横断方向
    の平面内に設置される如き切断装置において、該超音波
    振動装置が、波節点の周囲に対称的に配置される２個以
    上の突出部を有する超音波ホーンを備え、該突出部がそ
    れぞれに、該波節点から４分の１波長距離の個所に設定
    される振動面を有し、そしてこれら振動面の１つが直接
    的又は間接的にトランスジューサに取付けられることを
    特徴とする切断装置。
  2. 【請求項２】 該振動面が、ブースタ装置又はロッド形
    超音波ホーンを介して間接的に該トランスジューサに取
    付けられる、請求項１の切断装置。
  3. 【請求項３】 該超音波ホーンが４個、６個、又は８個
    の該突出部を有する、請求項１の切断装置。
  4. 【請求項４】 該ブレードが、波腹の個所で該超音波又
    はロッド形ホーンの１個又はそれ以上の該振動面に取付
    けられる、請求項１又は請求項２の切断装置。
  5. 【請求項５】 該トランスジューサに取付けられた該超
    音波又はロッド形ホーンの１個又はそれ以上の該振動面
    に、更に追加の１個又はそれ以上のロッド形ホーン又は
    超音波ホーンが取付けられ、そしてこれら追加のロッド
    形又は超音波ホーンがそれぞれに、波腹の個所で取付け
    られる１個又はそれ以上のブレードを支持する、請求項
    １又は請求項２の切断装置。
  6. 【請求項６】 該超音波又はロッド形ホーンが、該波腹
    の位置を変位させるような形状ファクタを備える、請求
    項１又は請求項２の切断装置。
  7. 【請求項７】 ２個の超音波ホーン又はロッド形ホーン
    が相互に平行に該トランスジューサに取付けられて、該
    ブレードをそれら２個の超音波又はロッド形ホーンの相
    互に隣合う振動面により支持することができ、そして該
    ブレードはこれの両端部が固定される、請求項１又は請
    求項２の切断装置。
  8. 【請求項８】 該トランスジューサに取付けられた該２
    個の平行な超音波又はロッド形ホーンの１対又はそれ以
    上の対の平行な振動面に、更に追加の１対又はそれ以上
    の対の平行なロッド形ホーン又は超音波ホーンが取付け
    られ、これら追加のロッド形又は超音波ホーン対はそれ
    ぞれに１個又はそれ以上のブレードを支持し、そしてこ
    れらブレードは各々これの両端部が波腹の個所で該超音
    波又はロッド形ホーン対の相互に隣合う平行な振動面に
    取付けられる、請求項７の切断装置。
  9. 【請求項９】 該ブレードが、波節から４分の１波長＋
    １０％の個所で結合される、請求項１の切断装置。
  10. 【請求項１０】 該ブレードが、真の波腹点の個所で結
    合される、請求項１の切断装置。
  11. 【請求項１１】 該ブレードが、長さ１０から１００ｍ
    ｍそして幅１から２２ｍｍの矩形である、請求項１の切
    断装置。
  12. 【請求項１２】 該ブレードが、これの長さの両端部の
    間の部分を狭くされている、請求項１１の切断装置。
  13. 【請求項１３】 該切断ブレードの厚さが０．２５から
    １．５ｍｍである、請求項１の切断装置。
  14. 【請求項１４】 切断ブレードが、長手方向振動軸心に
    対して横断方向の平面内に設置されるようにして、その
    ブレードを超音波振動装置上に装架すること、及び、該
    ブレードを該平面内で物品に通して動かすことを含む、
    物品の切断方法において、該超音波振動装置が、波節点
    の周囲に対称的に配置される２個以上の突出部を有する
    超音波ホーンを備え、該突出部がそれぞれに、該波節点
    から４分の１波長の距離の個所に設定される振動面を有
    し、そしてこれら振動面の１つが直接的又は間接的にト
    ランスジューサに取付けられる如き切断方法。
JP21293693A 1992-08-28 1993-08-27 切断装置 Expired - Lifetime JP2615346B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9218354A GB2270025A (en) 1992-08-28 1992-08-28 Ultrasonic cutting
GB92183540 1992-08-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06170789A JPH06170789A (ja) 1994-06-21
JP2615346B2 true JP2615346B2 (ja) 1997-05-28

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ID=10721129

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21293693A Expired - Lifetime JP2615346B2 (ja) 1992-08-28 1993-08-27 切断装置

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5437215A (ja)
EP (1) EP0584670B1 (ja)
JP (1) JP2615346B2 (ja)
AT (1) ATE147674T1 (ja)
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