JPH0761636B2 - 複合振動超音波カッタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、縦振動とたわみ振動との複合共振をして切刃
でシート材などを切断する複合振動超音波カッタに関す
る。

従来の技術 シート材などの切断効果は、カッタの刃を超音波振動さ
せることにより著しく増大するため、広い分野、例え
ば、縫製業界での繊維や型紙のカット、各種プラスチッ
クシートやゴムシートのカット、プラスチック成型品の
ゲートカット、プリント基板のパターン修正時のカッテ
ィングなどにおいて利用されている。

このような装置における切刃は、専用に作られたものか
ら市販のカッタナイフ刃まで用途に応じて工夫されて、
通常の縦型振動子の出力端部に取り付けられ振動子の軸
方向に超音波振動する。

また、本出願人は先に、たわみ振動子の出力端部に設け
た切刃を、振動子軸と直角あるいは制御された角度に振
動させて用いる超音波カッタを特開昭62-114478号公報
のように提案した。

そのような振動子を用いた一例を第３図ないし第６図に
より説明する。

まず、厚み方向に分極された円環状の電歪素子2,3は、
その一面に絶縁部13を中心として電極14,15が二分割し
て形成され、他面には全面に共通電極16が形成されてい
る。

このような電歪素子2,3の二個は、絶縁部13を一致させ
るとともに２個の電極板4,5を間にして前記電極14,15を
対向させて配設されている。そして、一方の電歪素子３
の共通電極16の面には、共通電極板６が接合され、さら
に、出力端部10を細く形成すると共にエクスポネンシャ
ルステップ８を設けた金属材９が接合されている。ま
た、他方の電歪素子２の共通電極16の面には金属材７が
接合されている。そして、ボルト11によりこれらは一体
的に固定されてたわみ振動子１が構成されている。

ついで、たわみ振動子１の出力端部10にカッタ刃12が銀
ろう接合などによって固定されている。

このような構成において、共通電極板６を基準として、
電極板4,5に互いに位相の反転したたわみ共振周波数の
駆動電圧を印加すると、軸に直角で電極の分割方向に直
角にたわみ共振振動し、刃先は矢印17の方向に強く振動
する。

しかして、第６図のように被カット材であるシート19
を、刃先部分を逃げるために設けた座ぐり20を持つテー
ブル18に載せて、シート19を右または左方向に送ると、
シート19はカッタ刃12の超音波振動の大きな加速度の繰
り返しによって容易に切断される。さらに、縦とたわみ
共振周波数を一致させたたわみ振動子によれば、軸に直
角な方向の振動を刃先に与えることができるとともに、
各電極に印加する駆動電圧を制御することによって刃先
の振動方向を軸方向からそれと直角方向まで連続的に制
御することができる。

発明が解決しようとする課題 縦方向とたわみ方向との共振周波数を一致させたたわみ
振動子によれば、軸に直角な方向の振動を切刃に与える
ことができるとともに、各電極に印加する駆動電圧を制
御することによって切刃の振動方向を軸方向からそれと
直角方向まで連続的に制御することができる。

しかるに、縦共振周波数とたわみ共振周波数とを一致さ
せることは、固定された工具ではともかく、かなり困難
が多い。工具の交換、切刃の再研削によっては勿論、負
荷の大きさによって変化する共振周波数はその共振モー
ドによって変化率が異なり、負荷とともに各共振周波数
の差は大きく離れてしまう。その結果、相対位相や相対
振幅がずれて振動方向を正しく制御できなくなる。

課題を解決するための手段 出力端部に刃を設けたたわみ振動子を、縦共振周波数で
駆動するとともに、それと異なるたわみ共振周波数で駆
動するようにした。

作用 軸方向とそれに直角な方向の振動との合成複合振動によ
って、切刃をランダムにあらゆる方向に振動させること
ができ、たわみ振動子の切刃と被カット材との相対角度
に関係なく良好な切断を行うことができ、また、切刃が
被カット材に対してあらゆる角度で切り込むため、従来
の単一方向振動に比べて著しい切断効果を示すものであ
る。

実施例 本発明の一実施例を第１図および第２図に基づいて説明
する。第６図について説明した部分と同一部分は同一符
号を用いその説明も省略する。

まず、電歪素子2,3をもつたわみ振動子21は、その出力
端部22に右雄ネジ23が設けられている。また、切刃26が
銀ろう接合された工具24には、左雄ネジ25が設けられて
いる。それらのたわみと振動子21と工具24とは、右およ
び左雌ネジとスパナ掛け28が設けられた締着リング27と
嵌合して、切刃26のカット方向とたわみ振動方向とのそ
れぞれの向きを合せて締着されている。

前記切刃26は、図示した剣先以外にＲ刃、尖り刃、平刃
など多様な切刃があり、これらの切刃26を持つ複数種の
工具が用意され、締着リング27を介して選択的に交換使
用される。

そして、工具24を含めたたわみ振動子21のたわみ共振周
波数に調節したたわみ共振駆動手段としての高周波電源
30から、出力トランス31の二次コイル32より互いに位相
の反転した電圧を電極板4,5に印加すると、電歪素子2,3
の上半分の厚みが伸びた瞬間に下半分は縮み、半周期後
反転するサイクル動作によってたわみモードの振動分布
が発生して矢印37の如く切刃は軸と直角方向に振動す
る。

次に、縦共振周波数をもつ縦共振駆動手段としての高周
波電源34から出力トランス35を経てトランス31の二次コ
イル32の中点タップ33に電圧を印加すると、電極板4,5
には同相電圧として印加されて電歪素子2,3は上下とも
に同時に伸縮するので、軸方向の縦モードの振動分布が
発生して矢印38の如く切刃先は軸方向に振動する。

そこで、両高周波電源30,34を同時に駆動すると、切刃2
6には互いに直角な方向の振動の合成複合振動が発生す
る。それぞれの共振周波数は、工具24を交換したり切刃
26の摩耗あるいは負荷がかかるとともに変化するので、
高周波電源30,34の周波数はそれぞれの共振周波数を追
尾して発振できるものが好ましい。各発振周波数は独立
して発振しているため周波数、位相とも互いに関係な
く、合成複合振動はランダムな方向に変化する。その切
刃26における合成複合振動は、たわみ振動37と縦振動38
との合成されたものであり、各振動の振幅を制御するこ
とにより、その振動軌跡の包絡線の形状を第２図のよう
にたわみ方向から縦方向に（ａ）直線、（ｂ）矩形、
（ｃ）正方形、（ｄ）矩形、（ｅ）直線とすることがで
き、被カット材の材質や切断加工内容によって適宜選択
される。

このように切刃は軸方向とそれに直角な方向を二軸とす
る面上での合成複合振動によって、ランダムにあらゆる
方向に振動するので、振動子の切刃と被カット材との相
対角度に関係なく良好な切断が行える。

このことはまた、切刃が被カット材に対してあらゆる角
度で切り込むので、従来の単一方向振動に比べて著しい
切断効果を示すものである。

また、縦方向とたわみ方向との共振周波数を合わせる必
要がないので、工具のディメンジョンの自由度が大き
く、このことは振動系の構成を非常に簡単にすることが
できる。

発明の効果 本発明は上述のように、出力端部に切刃を設けたたわみ
振動子を、縦共振周波数で駆動するとともに、それと異
なるたわみ共振周波数で駆動するようにしたので、軸方
向とそれに直角な方向の振動との合成複合振動によっ
て、切刃をランダムにあらゆる方向に振動させることが
でき、たわみ振動子の切刃と被カット材との相対角度に
関係なく良好な切断を行うことができ、また、切刃が被
カット材に対してあらゆる角度で切り込むため、従来の
単一方向振動に比べて著しい切断効果を得ることができ
ると云う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図は各種
の振動軌跡の包絡線の形状を示す平面図、第３図は従来
の一例を示す側面図、第４図は電極板の斜視図、第５図
は電歪素子の斜視図、第６図は切断動作を示す一部の断
面図である。 21……たわみ振動子、30……たわみ共振駆動手段、34…
…縦共振駆動手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】たわみ振動子と、このたわみ振動子の出力
   端部に設けられた切刃と、前記たわみ振動子を縦共振周
   波数で駆動する縦共振駆動手段と、この縦共振駆動手段
   による縦共振周波数とは異なるたわみ共振周波数で駆動
   するたわみ共振駆動手段とよりなることを特徴とする複
   合振動超音波カッタ。