JPH0732295A - 超音波切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波による刃体の応力破壊の不安をなくす
と共に、よりシャープな切れ味を得ることを可能とする
こと。 【構成】 長手方向に刃１ａが形成された長手刃体１
は、その端部において超音波ホーン２の先端に取り付け
られている。超音波ホーン２は刃体１との結合面とは反
対の端面で振動子３と結合されている。この振動子３は
超音波発生手段４から供給される超音波信号によって振
動し、超音波ホーン２を介して前記刃体１を励振する。
この振動子３に加えられる超音波発生手段４からの信号
は、超音波信号を低周波信号でＡＭ変調したものであ
り、刃体１は超音波信号によって励振されると共に、低
周波信号によっても駆動される。この低周波の振幅信号
が刃体１に与えられることにより、刃体１が被切断物の
切り口を拡開するように作用し、これが被切断物との接
触抵抗を低下せしめ、よりシャープな切れ味を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、刃体を超音波によって
励振させて被切断物を切断するようにした超音波切断装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波切断装置において
は、長手方向に刃が形成された長手刃体、或いは回転駆
動源により回転駆動される全周に刃が形成された円形刃
体に対して超音波による励振を与えるように構成されて
いる。そしてパン類や洋菓子、或いは青果等の被切断物
に前記刃体を押し当てることによって、被切断物を切断
するようにしている。この超音波切断装置は、刃体に励
振を与えない非励振型の切断装置に比較すると、被切断
物の切断かすの発生が少なく、切断抵抗も小さく、例え
ばケーキ等の切り口が変形せず商品価値も損なわれるこ
とが少ないという特質を備えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の超音波切断装置においては、１０ＫＨｚ乃至１００
ＫＨｚの超音波共振周波数を刃体に供給し、刃体を励振
させることで、この刃体が押し当てられた被切断物を切
断するように作用する。

【０００４】例えば長手方向に刃が形成された長手刃体
に対しては１９．５ＫＨｚの超音波共振周波数を供給
し、刃体の先端に対して３０乃至４０μｍｐ−ｐ程度の
振幅を与えるようにしている。前記刃体に与える励振振
幅が大きいほど切れ味が増大するが、刃体材料にＳＫＳ
を用い、刃体の板厚を２ｍｍ程度とした場合、刃体に対
して４０μｍｐ−ｐ以上の振幅を与えようとすると、刃
体の強度が低く応力破壊を生ずる恐れがある。これを避
けるためには、刃体の板厚を厚くすることが考えられる
が、この場合には刃体と被切断物との接触抵抗が増大
し、かえって切れ味が低下してしまう。

【０００５】一方、回転駆動源により回転駆動される全
周に刃が形成された円形刃体の場合には、例えば１９．
５ＫＨｚの超音波共振周波数を供給し、刃体に対して３
０乃至７０μｍｐ−ｐ程度の振幅を与えるようにしてい
る。刃体材料に同様にＳＫＳを用い、刃体の板厚を２ｍ
ｍ程度としているが、切れ味を上げるために振幅を大き
くしようとした場合、刃体の板厚が薄いため強度が低
く、しかも刃体の横振動による異常音（低周波のうな
り）が発生する場合がある。刃体の板厚を２ｍｍ以上に
すると刃先端の振幅が小さくなり、また長手刃体の場合
と同様に刃体と被切断物との接触抵抗が増大し、切れ味
が低下してしまうという問題点を有している。

【０００６】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決するために成されたものであり、刃体の応力破壊の
不安をなくすと共に、よりシャープな切れ味を得ること
が可能な超音波切断装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波切断装置
は、超音波による励振信号によって励振され、励振状態
において被切断物を切断する刃体と、この刃体を励振す
るための超音波を発生する超音波発生手段とを具備した
超音波切断装置であって、この超音波発生手段は、超音
波信号発生源とこの超音波発生源からの超音波信号を低
周波信号でＡＭ変調するＡＭ変調回路とで構成されたも
のである。本発明の超音波切断装置によると、刃体に対
して超音波励振信号が供給されると共に、更に超音波励
振信号に対して低周波の振幅信号が相乗されるため、こ
の低周波の振幅信号が被切断物の切り口を拡開するよう
に作用し、これが被切断物との接触抵抗を低下せしめ、
よりシャープな切れ味を得ることが可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る超音波切断装置を図に示
す実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の
実施例である長手刃体を用いた超音波切断装置の外観を
一部破断して示した側面図である。

【０００９】図示のように、長手方向全長に亘って刃１
ａが形成された長手刃体１は、その端部において超音波
ホーン２の先端に例えばロウ付け等の固着手段により取
り付けられている。そして超音波ホ−ン２は刃体１との
結合面とは反対の端面で振動子３と結合されている。こ
の振動子３は超音波発生手段４から供給される超音波信
号によって振動し、超音波ホ−ン２を介して前記刃体１
を励振する。

【００１０】振動子３はケ−ス５に内蔵され、一方上述
したホ−ン２は、振動子３が励振されて発生する超音波
振動を拡大増幅して前記刃体１の一端部に伝達するもの
であり、図１に示すように円形平板状のフランジ部６ａ
にて、かつゴムパッキン６ｂを介してケース５により支
持されている。

【００１１】図２は前記振動子３に励振信号を与える超
音波発生手段４の具体的な結線図を示したものである。
この超音波発生手段４は超音波信号発生源１０（これは
特に図示していないが、前記振動子３の共振周波数に比
例した帰還信号である。）からの１０ＫＨz 乃至１００
ＫＨz の超音波信号が第１トランス１１の１次巻線１１
ａに供給される。また第１トランス１１には、第１と第
２の２次巻線１１ｂ、１１ｃが具備されており、夫々の
巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各極性は図２で「・」印
で示したとおりである。前記第１トランス１１の第１の
２次巻線１１ｂの一方の端子には、ＮＰＮ型のトランジ
スタＴｒ₁ のベースが接続されており、該トランジスタ
Ｔｒ₁ のコレクタとベース間には抵抗Ｒ₁ が接続されて
いる。そしてトランジスタＴｒ₁ のエミッタには抵抗Ｒ
₂ を介して第１の２次巻線１１ｂの他方の端子に接続さ
れている。また前記第１トランス１１の第２の２次巻線
１１ｃの一方の端子には、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒ
₂ のベースが接続されており、該トランジスタＴｒ₂ の
コレクタは前記第１の２次巻線１１ｂの他方の端子に接
続されると共に、該トランジスタＴｒ₂ のコレクタとベ
ース間には抵抗Ｒ₃が接続されている。そしてトランジ
スタＴｒ₂ のエミッタは抵抗Ｒ₄ を介して第２の２次巻
線１１ｂの他方の端子に接続されている。

【００１２】一方、超音波発生手段４には商用電源（Ａ
Ｃ）を受けるプラグ１２が用意され、このプラグ１２に
よって供給を受けたＡＣ電源はダイオードブリッジ回路
１３により全波整流が成される。その全波整流出力はコ
ンデンサＣ₁ の両端に与えられる。このコンデンサＣ₁
は比較的小容量のものであり、従って、コンデンサＣ₁
の両端電圧は図２に示すような脈流のＤＣ電圧と成され
る。前記コンデンサＣ₁ の正極側に生ずる脈流のＤＣ電
圧は前記トランジスタＴｒ₁ のコレクタに与えられ、ま
たコンデンサＣ₁ の負極側に生ずる脈流のＤＣ電圧は前
記第２の２次巻線１１ｃの他方の端子に与られる。

【００１３】更に前記２次側の第１の２次巻線１１ｂの
他端子及び第２の２次巻線１１ｃの他端子との間にはコ
ンデンサＣ₂ と第２トランス１４の２次側巻線１４ｂの
両端間にはインダクタンス素子Ｌ₁ に対して、コンデン
サＣ₃ 及び振動子３との並列回路が直列に挿入されてい
る。

【００１４】以上のように、図２に示す超音波発生手段
４は、第１のトランス１１の２次側を２つの巻線１１
ｂ、１１ｃで構成したシングルエンディットプッシュプ
ルに成されている。

【００１５】ここで、超音波信号発生源からの信号が正
側（図２中Ｉの方向）にスイングした場合には、第１ト
ランス１１の２次側の第１の２次巻線１１ｂ及び第２の
２次巻線１１ｃには、夫々実線の矢印方向に出力電流が
現われ、この時トランジスタＴｒ₁ をオンとし、トラン
ジスタＴｒ₂ をオフに保持する。また超音波信号発生源
１０からの信号が負側（図２中〓の方向）にスイングし
た場合には、第１トランス１１の２次側の第１巻線１１
ｂ及び第２巻線１１ｃには、夫々破線の矢印方向に出力
電流が現われ、この時トランジスタＴｒ₂ をオンとし、
トランジスタＴｒ₁ をオフに保持する。

【００１６】まず、超音波信号発生源１０からの信号が
正側にスイングした場合には、トランジスタＴｒ₁ がオ
ンとなり、第２トランス１４の１次巻線１４ａを図２中
〓で示す実線の矢印の方向に電流が流れる。この時、第
２トランス１４の１次側巻線１４ａを介してコンデンサ
Ｃ₂ 両端には、図２に示すような正負の極性に従った電
荷が蓄積される。そして第２トランス１４の２次巻線１
４ｂには「・」印で示した極性に従って実線矢印〓で示
す方向に電流が誘起する。

【００１７】次に超音波信号発生源１０からの信号が負
側にスイングした場合には、トランジスタＴｒ₂ がオン
となり、コンデンサＣ₂ に蓄積された電荷を放電する。
すなわち、第２トランス１４の一次巻線１４ｂを図２中
〓で示す破線の矢印の方向に電流が流れる。従って、前
記第２トランス１４の２次巻線１４ｂには破線矢印〓で
示す方向に電流が誘起する。このように超音波信号発生
源１０からの信号が正側及び負側にスイングする度に前
記したサイクルが繰り返される。

【００１８】前記第２トランス１４の２次巻線１４ｂ側
には、インダクタンス素子Ｌ₁ と、コンデンサＣ₃ 及び
振動子３との並列回路からなる共振回路が接続されてお
り、２次巻線１４ｂに誘起する出力電流によって振動子
３が駆動される。この時、前記ダイオードブリッジ回路
１３によって生ずる脈流のＤＣ電圧がプッシュプルトラ
ンジスタを構成するＴｒ₁ のコレクタ及びトランジスタ
Ｔｒ₂ のエミッタ間に印加されており、従ってプッシュ
プル動作をなすＴｒ₁ 及びＴｒ₂ からなる各トランジス
タは、夫々の導通度が前記脈流のＤＣ電圧によって変化
する。これにより、第２トランス１４に供給する超音波
信号に対して、脈流のＤＣ電圧に従ったＡＭ変調を与え
ることになる。

【００１９】すなわち、前記第１トランスの２つの２次
巻線１１ｂ、１１ｃ、トランジスタＴＲ₁ 、ＴＲ₂ 、商
用電源を全波整流するダイオードブリッジ回路１３とに
よりＡＭ変調回路１５を構成したことになる。

【００２０】従って、振動子３には、利用する商用電源
（ＡＣ）が５０Ｈｚの場合には、その倍の１００Ｈｚの
ＡＭ変調が加わった超音波信号が供給されることにな
り、また利用する商用電源が６０Ｈｚの場合には、その
倍の１２０ＨｚのＡＭ変調が加わった超音波信号が供給
されることになる。

【００２１】前記図１において、ＡＭ変調が加わった超
音波信号は振動子３に供給され、この超音波信号によっ
て振動子３が励振される。この励振振動はホーン２によ
って拡大増幅され前記刃体１の一端部に伝達され、刃体
１を励振する。この時、刃体１の長さＬはホーン２から
伝達される超音波振動に基づく該刃体１の振動の共振長
に定められている。従って刃体１の長さＬを変えること
によって、節の数が２個の場合の２次モード、節の数が
３個の場合の３次モード等の振動を発生させることがで
きる。なお図１に示すように本実施例においては、振動
の節位置は２箇所に生じている。また振動周波数は１０
ＫＨｚ乃至１００ＫＨｚ位が考えられるが、特に１０Ｋ
Ｈｚ乃至６０ＫＨｚが望ましい。

【００２２】そして、振動子３からは、ＡＭ変調成分と
しての１００Ｈｚ乃至１２０Ｈｚの低周波信号が同時に
発生し、刃体１はこの低周波信号によっても駆動される
ことになる。従って刃体１は低周波信号によっても駆動
され、刃体１に伝達される低周波信号が被切断物の切り
口を拡開するように作用し、これが刃体１と被切断物と
の接触抵抗を低下せしめ、よりシャープな切れ味を得る
ことが可能となる。

【００２３】図３は本発明の第２の実施例である全周に
刃が形成された円形刃体を用いた超音波切断装置の外観
を一部破断して示した側面図である。なお、この図３に
おいて前記した図１及び図２に示した例と同一符号部分
は相当部分を示している。

【００２４】図３において、円形刃体１はその中心がホ
ーン２に超音波振動の振動方向２ａと直角に螺子１ｂ
（ロウ付け等でもよい。）で交換可能に螺合されてい
る。この円形刃体１の直径はホーン２から伝達された振
動に基づく刃体１の半径方向のたわみ曲線１ｃのような
たわみ振動を行なう。図３に示した刃体１は両刃で構成
され、例えばφ２１０ｍｍ、材料としてＳＫＳ２、厚み
約１．５ｍｍ、刃体１の刃先のテーパ幅約１５ｍｍのも
のが用いられる。ホーン２は約１９．５ｋＨｚの超音波
で励振され、このホーン２の先端の振幅は約１０μｍｐ
−ｐ程度の振動がのせられる。

【００２５】この刃体１の径及び共振周波数等は被切断
物等に合わせて最適な振動振幅が得られるようなものを
適宜設定できる。次に、ホ−ン２は刃体１の結合面と反
対側の面で振動子３と結合され、この振動子３は超音波
発生手段４からの信号によって励振されて超音波振動を
発生する。この振動子３が内蔵されている内側回転ケ−
ス５ａは、ベアリング５ｂを介してケ−ス５に回転自在
に支持されており、伝導部２０を介して回転振動源とし
てのモ−タ２１と機械的に接続されている。このモ−タ
２１は図示せぬ電源により駆動されて内側回転ケ−ス５
ａを回転させる。前記振動子３と伝導部２０間には、ブ
ラシ２２ａ及び２２ｂが振動子３の電極３ａと接続され
たリング状電極２２ｃ及び２２ｄに摺接されている。こ
のブラシ２２ａ及び２２ｂに超音波発生手段４からの励
振電力が伝えられ、その励振電力は振動子３に常時供給
される。このような内側回転ケ−ス５ａとホ−ン２とは
フランジ部２ｂ及びパッキン２ｃを介して結合されてい
るので、この内側回転ケ−ス５ａの回転によりホ−ン２
及び刃体１が回転する。

【００２６】そして、前記振動子３には図２に示した超
音波発生手段４からの信号が、ブラシ２２ａ，２２ｂを
介してリング状電極２２ｃ，２２ｄに供給され、続いて
リング状電極２２ｃ，２２ｄに接続された振動子３に対
して印加される。超音波発生手段４からの信号は前述し
たとおり、１００ＨｚのＡＭ変調が加わった超音波信号
又は１２０ＨｚのＡＭ変調が加わった超音波信号であ
り、これが振動子３に対して供給される。

【００２７】従って、図３に示す円形刃体１はモ−タ２
１により回転されつつ、低周波のＡＭ変調が加わった超
音波信号によって励振されることになる。このため、円
形刃体１は超音波によりたわみ振動を生じつつ、低周波
信号によってピストン運動を受け、この結果刃体１に与
えられた低周波信号が被切断物の切り口を拡開するよう
に作用する。この低周波信号による振動が刃体１と被切
断物との接触抵抗を低下せしめ、よりシャ−プな切れ味
を得ることが可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
超音波切断装置によると、刃体を励振する振動子に対し
て供給される超音波発生手段からの信号を、超音波信号
発生源からの超音波信号に対して低周波信号でＡＭ変調
するようにしたので、刃体は超音波信号によって励振さ
れると共に、低周波信号によっても駆動されることにな
る。特に刃体は低周波信号によって駆動されることで、
この低周波の振幅信号が被切断物の切り口を拡開するよ
うに作用し、これが被切断物との接触抵抗を低下せし
め、よりシャ−プな切れ味を得ることが可能となる。従
って、よりシャ−プな切れ味を求めるために、超音波信
号の出力を所定値よりも上げる必要性はなくなり、過度
の超音波信号の励振による刃体の応力破壊の不安をなく
すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る超音波切断装置の第１の
実施例を一部破断して示した側面図である。

【図２】図２は、図１における超音波発生手段の回路構
成の一例を示した結線図である。

【図３】図３は、本発明に係る超音波切断装置の第２の
実施例を一部破断して示した側面図である。

【符合の説明】

１ 刃体 １ａ 刃 ２ 超音波ホーン ３ 振動子 ４ 超音波発生手段 ５ ケース １０ 超音波信号発生源 １１ 第１トランス １２ ＡＣプラグ １３ ダイオードブリッジ回路 １４ 第２トランス １５ ＡＭ変調回路 ２０ 伝導部 ２１ モータ（回転駆動源）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波による励振信号によって励振さ
   れ、励振状態において被切断物を切断する刃体と、前記
   刃体を励振するための超音波を発生する超音波発生手段
   とを具備した超音波切断装置であって、前記超音波発生
   手段は、超音波信号発生源とこの超音波信号発生源から
   の超音波信号を低周波信号でＡＭ変調するＡＭ変調回路
   とで構成されたことを特徴とする超音波切断装置。
2. 【請求項２】 前記刃体は長手方向に刃が形成された長
   手刃体であり、この長手刃体に対して前記超音波発生手
   段からの超音波による励振信号を与えるようにしたこと
   を特徴とする請求項１に記載の超音波切断装置。
3. 【請求項３】 前記刃体は回転駆動源により回転駆動さ
   れる全周に刃が形成された円形刃体であり、この円形刃
   体に対して前記超音波発生手段からの超音波による励振
   信号を与えるようにしたことを特徴とする請求項１に記
   載の超音波切断装置。