(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波振動する工具ホーンを用いてワイヤを超音波振動させて被切断物に押し付けて切断する超音波切断装置を提供する。【解決手段】本発明の超音波切断装置は、ワイヤ７と、固定枠１０と、固定手段と、工具ホーン９０と、超音波振動手段９と、超音波振動制御手段３０と、を有し、工具ホーン９０と超音波振動手段９を一体に接続し、超音波振動手段９には超音波振動制御手段３０を接続し、固定枠１０にワイヤ７の両端をそれぞれ固定手段であるコルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで固定し、ワイヤ７の一端から一定距離離れた位置のワイヤ７の外周面に、工具ホーン９０を押し当てた状態で、一体に接続した超音波振動手段９と工具ホーン９０を固定枠１０に取り付け、超音波振動を工具ホーン９０を経由してワイヤ７に伝え、ワイヤ７を超音波振動させる制御を行うように構成している。【選択図】図１
2020151831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤと、
固定枠と、
固定手段と、
工具ホーンと、
超音波振動手段と、
超音波振動制御手段と、を有し、
前記工具ホーンと前記超音波振動手段を一体に接続し、
前記超音波振動手段には前記超音波振動制御手段を接続し、
前記固定枠に前記ワイヤの両端をそれぞれ前記固定手段で固定し、
前記ワイヤの一端から一定距離離れた位置の前記ワイヤの外周面に、前記工具ホーンを押し当てた状態で、前記一体に接続した前記超音波振動手段と前記工具ホーンを固定枠に取り付け、
前記超音波振動制御手段により前記超音波振動手段で発生させた超音波振動を、前記工具ホーンを経由して前記ワイヤに伝え、前記ワイヤを超音波振させる制御を行い、前記ワイヤを被切断物に押し当てたときに前記ワイヤが被切断物を切断するように構成したことを特徴とする超音波切断装置。
【請求項２】
一つの前記固定枠に、複数の前記ワイヤを並列にそれぞれ前記固定手段で固定し、前記複数の前記ワイヤを固定した一端側から所定距離離れた各位置に、一つの前記工具ホーンを押し当てた状態で、前記一体に接続した前記超音波振動手段と前記工具ホーンを固定枠に取り付けるよう構成した、請求項１に記載した超音波切断装置。
【請求項３】
前記固定枠に前記ワイヤの両端をそれぞれ固定する固定手段の構造について、
前記ワイヤの両端をそれぞれ固定する前記固定枠の平面に可撓性部材を被せてワイヤを固定するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載した超音波切断装置。
【請求項４】
前記固定枠の平面に被せる可撓性部材を、コルクシートとしたことを特徴とする請求項３に記載した超音波切断装置。
【請求項５】
前記固定枠に前記ワイヤの両端をそれぞれ固定する固定手段の構造について、
前記ワイヤの両端をそれぞれ固定する前記固定枠の平面の周囲を曲面で面取りしたことを特徴とする請求項１または２に記載した超音波切断装置。
【請求項６】
前記工具ホーンを前記ワイヤに押し当てた位置の近傍のワイヤの外周に、一定質量の弾性部材を振動状態調整手段として取り付けたことを特徴とする請求項１または２記載した超音波切断装置。
【請求項７】
前記固定枠を前記ワイヤの軸方向と交差して往復動させる往復動手段と、
アンビルと、を更に備え、
前記アンビル上に載置した被切断物に対して、超音波振動する前記ワイヤを押圧するように前記往復動手段を動作させるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載した超音波切断装置。
【請求項８】
前記固定枠を前記ワイヤの軸方向と交差して往復動させる第一の往復動手段と、前記固定枠を前記ワイヤの軸方向に往復動させる第二の往復動手段と、
アンビルと、を更に備え、
前記アンビル上に載置した被切断物に対して、超音波振動する前記ワイヤを押圧するように前記往復動手段を動作させるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載した超音波切断装置。
【請求項９】
前記ワイヤの支持部材を更に備え、
前記ワイヤの外周面の前記工具ホーンを押し当てた位置から一定距離離れた位置を支持するように前記ワイヤの支持部材を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載した超音波切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を利用して被切断物を切断する超音波切断装置に関し、より具体的には、線材（ワイヤ、以下「ワイヤ」と記載）を超音波振動させて、パン、ケーキ、チーズ、カステラ、羊かんという食品などを切断する超音波切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワイヤを超音波振動させてパン、ケーキ、チーズ、カステラ、羊かんという食品などを切断する超音波振動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２３に、従来の、金属製のワイヤ、好ましくは非腐食性を有するステンレスのワイヤでカットする超音波切断装置のカッター部分の拡大図を示した。従来の超音波切断装置では、マザーホーン８０の先端に一対の支持板８１ａ、８１ｂを一定間隔離して取り付け、ワイヤ８２に張力を与えた状態で、支持板８１ａ、８１ｂの間にその両端を先端端面８４ａ、８４ｂにネジ８３で固定して、ワイヤ８２をピンと張っている。ワイヤ８２をピンと張るのは、被切断物に押し付けたときにワイヤ８２が撓まないようにして切れ味を保つためである。
【０００４】
図示しない超音波振動手段でマザーホーン８０を超音波振動させると、マザーホーン８０の超音波振動が支持板８１ａ、８１ｂに伝わり、支持板８１ａ、８１ｂに取り付けたワイヤ８２が図面の上下方向に超音波振動する。そして、超音波振動するワイヤ８２をパン、ケーキ、チーズ等の被切断物に押し付けて、被切断物を切断している。
【０００５】
しかし、図２３の超音波切断装置の構造、すなわち、マザーホーン８０の先端に一対の支持板８１ａ、８１ｂを一定間隔離して取り付け、支持板８１ａ、８１ｂの先端端面８４ａ、８４ｂにワイヤ８２をピンと張って、ワイヤ８２を超音波振動するという構造では、支持板８１ａ、８１ｂは、ワイヤ８２への張力付与固定手段と、超音波振動付与手段を兼ねている。そのため支持板８１ａ、８１ｂを、マザーホーン８０から与えられる超音波振動の振幅をそのまま、または増幅してワイヤ８２に伝える特別な形状にする必要があった。
【０００６】
また、図２３の超音波切断装置の構造ではワイヤ８２が撓みやすい。特に長いワイヤを用いると、ワイヤ８２がより撓みやすくなる。撓みやすくなった分だけ張力を大きくすると、ワイヤ８２の反力で支持板８１ａ、８１ｂの先端が内側に傾き、所望の超音波振動の振幅をワイヤ８２に伝えにくくなることがあった。また、長いワイヤ８２を用いるには長いマザーホーン８０が必要となるため、図２３の超音波切断装置の構造で、長いワイヤを用いることは難しいとされていた。
【０００７】
また、ワイヤ８２を長時間超音波振動させると、ワイヤ８２が切断することがあった。ワイヤ８２の維持管理コストは安いと言われるが、ワイヤ８２が切断したときに、新しいワイヤを一定張力で張替える作業が面倒である。そのため、長時間超音波振動させてもワイヤ８２が切れにくいことが望まれていた。
【０００８】
また、被切断物に応じて、ワイヤ８２の超音波振動の状態、例えば振幅の大小、振動の長さ（波長）などを調整して少しでも切れ味を向上させることが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２３１０８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記説明した従来の超音波切断装置に比べて、簡単な構造でワイヤを超音波振動させ、超音波振動するワイヤをパン、ケーキ、チーズ等の被切断物に押し付けて切断する超音波切断装置を提供することを第一の課題としている。
【００１１】
また、ワイヤの長さについて、必要により短いワイヤはもちろん、長いワイヤも用いることが出来る構造の超音波切断装置を提供することを第二の課題としている。
【００１２】
更に本発明は、長時間使用してもワイヤが切れにくい超音波切断装置を提供することを第三の課題としている。
【００１３】
更に本発明は、ワイヤの超音波振動の振動状態を調整できる超音波切断装置を提供することを第四の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の超音波切断装置は、第一の課題を解決する手段として、ワイヤと、固定枠と、固定手段と、工具ホーンと、超音波振動手段と、超音波振動制御手段と、を有し、工具ホーンと超音波振動手段を一体に接続し、超音波振動手段には超音波振動制御手段を接続し、固定枠にワイヤの両端をそれぞれ固定手段で固定し、ワイヤの一端から一定距離離れた位置のワイヤの外周面に、工具ホーンを押し当てた状態で、一体に接続した超音波振動手段と工具ホーンを固定枠に取り付け、超音波振動制御手段により超音波振動手段で発生させた超音波振動を、工具ホーンを経由してワイヤに伝え、ワイヤを超音波振させる制御を行い、ワイヤを被切断物に押し当てたときにワイヤが被切断物を切断するように構成している。ここで、工具ホーンと超音波振動手段の形状と構造は複雑ではなく一般的な形状と構造のものを用いている。
【００１５】
本発明の超音波切断装置は、第二の課題を解決する手段として第一の課題を解決する手段の基本的な構成をそのまま用いることにして、ワイヤを固定する固定枠の長さと、ワイヤの長さを長くしている。これにより、超音波振動している長いワイヤを被切断物の表面に押し当ててパン、ケーキ、チーズの食品等の被切断物を切断する。
【００１６】
本発明の超音波切断装置は、第三の課題を解決する手段として、前記ワイヤの両端をそれぞれ固定する前記固定枠の平面にコルク等の可撓性部材で挟持して固定枠にワイヤを固定するようにしている。そして、長時間超音波振動させてもワイヤが切れにくくしている。
【００１７】
本発明の超音波切断装置は、第四の課題を解決する手段として、ワイヤの外周面に工具ホーンの超音波振動面を直接押し当てる位置の近傍で、工具ホーンがワイヤと当接している両側のワイヤの外周に振動の負荷となる一定質量の硬質ゴム等の弾性部材を取り付け、ワイヤの超音波振動の振動状態を調整している。
【発明の効果】
【００１８】
（１）本発明の超音波切断装置は、ワイヤの張力付与固定手段とワイヤへの超音波振動付与手段を別の手段として独立させて、両手段を組み合わせて用いる構成にしている。工具ホーンと超音波振動手段は、ワイヤに所定の周波数と振幅の超音波振動を付与するだけでよい。そのため、一般的な形状・構造をした工具ホーンと超音波振動手段を使用して本発明の超音波切断装置を構成することができる。また、特別な形をした支持部材は用いなくてすむ。
【００１９】
（２）ワイヤの外周面に工具ホーンの先端を当てて超音波振動させるため、長い固定枠に固定した長いワイヤであっても、短い固定枠に固定した短いワイヤであっても、ワイヤの長短に影響されずに、工具ホーンと超音波振動手段を共通的に使用して本発明の超音波切断装置を構成することができる。
【００２０】
（３）ワイヤの外周面をコルク等の可撓性部材で挟持して固定枠に固定することにより、長時間使用してもワイヤが切れにくい超音波切断装置を提供することができる。
【００２１】
（４）ワイヤの外周に振動の負荷となる一定質量の硬質ゴム等の弾性部材を取り付けることにより、ワイヤの超音波振動の振幅や振動波形などの振動状態を調整できる超音波切断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の概略構成図。
【図２】本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の固定枠、固定手段、ワイヤ、と工具ホーンの位置関係を示した下面図。
【図３】本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置で被切断物を切断する状態を示した外観斜視図。
【図４】（ａ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、ワイヤの外周表面に工具ホーンを当接させたときの位置関係を示した図、（ｂ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、ワイヤを超音波振動させている状態を示した図、（ｃ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、超音波振動しているワイヤを被切断物に当てた状態を示した図、（ｄ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、超音波振動しているワイヤで被切断物を切断している状態を示した図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、超音波振動しているワイヤで被切断物を切断している状態を拡大して示した図。
【図６】（ａ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、ワイヤの外周面に工具ホーンの先端のＵ字型溝を当てた状態を示した側面図、（ｂ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、ワイヤの外周面に工具ホーンの先端のＵ字型溝を当てた状態を示した部分断面図。
【図７】（ａ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、ワイヤの外周面に工具ホーンの先端のＵ字型溝を当てた状態を示した拡大図、（ｂ）本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、工具ホーンの先端のＵ字型溝の近傍を示した拡大図。
【図８】本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、固定枠とワイヤと固定手段の位置関係を示した分解図。
【図９】本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、固定枠とワイヤと固定手段の位置関係を示した下面図。
【図１０】本発明の第一実施形態の変形例に係る超音波切断装置の、固定枠とワイヤと固定手段の位置関係を示した分解図。
【図１１】本発明の第一実施形態の変形例に係る超音波切断装置の、固定枠とワイヤと固定手段の位置関係を示した下面図。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した正面図。
【図１３】本発明の第二実施形態に係る超音波切断装置で被切断物を超音波振動しているワイヤで切断している状態を示した正面図。
【図１４】本発明の第三実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した正面図。
【図１５】本発明の第三実施形態に係る超音波切断装置で被切断物を超音波振動している長いワイヤで切断している状態を示した正面図。
【図１６】本発明の第三実施形態の変形例に係る超音波切断装置で被切断物を超音波振動している短いワイヤで切断している状態を示した正面図。
【図１７】本発明の第四実施形態に係る超音波切断装置で被切断物を超音波振動しているワイヤで切断している状態を示した外観斜視図。
【図１８】本発明の第五実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した斜視図。
【図１９】本発明の第六実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した正面図。
【図２０】本発明の第六実施形態に係る超音波切断装置の振動調整用部材の外観斜視図。
【図２１】本発明の第七実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した正面図。
【図２２】本発明の第八実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した正面図。
【図２３】従来の超音波切断装置のワイヤを用いたカッター部分の拡大斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る超音波切断装置について、図面とともに説明する。
【００２４】
（本発明の第一実施形態）
図１に、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の概略構成図を示した。図１では、ワイヤ７の両端を固定枠１０に、固定手段であるコルクシート（可撓性部材）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと段付きボルト１３ａ、１３ｂで取り付け、ワイヤ引っ張り部材１１でワイヤ７に張力を与えて固定している。
【００２５】
図１で、コの字型の固定枠１０の左側下端部１０ａと右側下端部１０ｂでワイヤ７を支持している姿については、弓ノコギリに似た形として示したので、本願発明のワイヤ７の支持構造のイメージが理解しやすいであろう。ワイヤ引っ張り部材１１は、固定枠１０の右側下端部１０ｂに対してワイヤ７の軸方向にスライド可能にしてあり、蝶ナット１５を回転すると、ワイヤ７を引っ張る方向に移動し、ワイヤ７に張力を与えてピンと張った状態で固定される。また、蝶ナット１５を逆回転すると、ワイヤ７を緩める方向に移動し、ワイヤ７の張力を緩めることが可能である。なお、ワイヤ７の両端をコルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの間に挟んで、段付きボルト１３ａ、１３ｂで固定枠１０の左側下端部１０ａと右側下端部１０ｂにそれぞれ固定している。図８に、固定枠とワイヤ、そして固定手段の分解図を示した。図８については後述する。
【００２６】
また、一体になった超音波振動手段９と工具ホーン９０を超音波振動手段９のフランジ９ａで固定枠１０に取り付けている。なお、固定枠１０に取り付けるときに、工具ホーン９０の先端部９０ａのＵ字型溝９０ｂを、固定枠１０の左側下端部１０ａから一定距離、例えば２０ｍｍから３０ｍｍ程度離れたワイヤ７の外周面に当てて固定している。
【００２７】
超音波振動手段９は、超音波振動子を内蔵していて、超音波振動手段９に電気的に接続した超音波振動制御手段３０から与えられる制御信号と超音波振動エネルギーにより、図中の矢印の方向、つまり図の上下方向（ワイヤの軸方向に対して垂直方向）に超音波振動する。超音波振動制御手段３０から制御信号と超音波振動エネルギーを付与すると超音波振動子は１５ｋＨｚから４０ｋＨｚの超音波振動をする。超音波振動手段９の下面には、ジュラルミンやチタンでできた工具ホーン９０が一体に接続されていて、超音波振動子の振幅は、工具ホーン９０の先端の振幅として数μｍから数十μｍに増幅される。
【００２８】
超音波振動制御手段３０により超音波振動手段９を振動させ、工具ホーン９０を超音波振動させると、工具ホーン９０の超音波振動はワイヤ７に伝わり、ワイヤ７も１５〜４０ｋＨｚの周期で、数μｍから数十μｍの振幅で振動する。
【００２９】
実際に、パン、ケーキ、チーズ等の被切断物に静止状態のワイヤ７を押し付けたとき（実験１）と、超音波振動しているワイヤ７を押し付けたとき（実験２）を比較したところ、ワイヤ７に超音波振動を加えていないとき（実験１）は、パン、ケーキ、チーズ等の被切断物を全く切断できなかったが、ワイヤ７に超音波振動を加えたとき（実験２）は、ワイヤ７に手で持った被切断物を小さい力で軽く押し当てれば、押し当てただけスイスイ切れるという切れ味で切断できた。すなわち、工具ホーン９０を超音波振動させると、工具ホーン９０の超音波振動がワイヤ７に伝わり、被切断物にワイヤ７押し付ければ、押し付けただけ切断されていく。ワイヤ７を押し付けていけば、抵抗力を感じないで切断できることを確認した。なお、ワイヤ７の表面に、パン、ケーキ、チーズ等の被切断物の切断粉は付着しなかった。
【００３０】
図２は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の固定枠１０、ワイヤ７、固定手段であるコルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと段付きボルト１３ａ、１３ｂ、工具ホーン９０の位置関係を示した下面図である。固定枠１０の左側下端部１０ａと右側下端部１０ｂの間にワイヤ７がピンと張られるように、コルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの間に挟んで、段付きボルト１３ａ、１３ｂで固定し、ワイヤ引っ張り部材１１でワイヤ７に張力を与えて固定している。図２では、固定枠１０の左側下端部１０ａに近いところのワイヤ７の外周面に工具ホーン９０の先端部９０ａが位置している。
【００３１】
図３は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置で被切断物３１を切断する状態を示した斜視図である。コの字型をした固定枠１０にはワイヤ７がピンと張られた状態で両端が固定されている。また、固定枠１０には超音波振動手段９が付いた工具ホーン９０が取り付けられ。ワイヤ７が固定された一端から所定距離離れた位置のワイヤ外周に工具ホーン９０の先端部９０ａを押し付けている。
【００３２】
超音波振動制御手段３０により超音波振動手段９を振動させ、工具ホーン９０の先端部９０ａを超音波振動させ、ワイヤ７を超音波振動させるようにして、図示しない固定枠移動手段（簡便な手段としては、作業者が手で持って上下動すること）により、白抜き矢印２００のように固定枠１０ごとワイヤ７をアンビル１６上の被切断物３１に押し付けて被切断物３１を切断する。なお、ワイヤ７は超音波振動していないときは、被切断物３１を切断しない。そのため、静止しているワイヤ７を被切断物３１の所定位置に当てて位置決めして、その後にワイヤ７を超音波振動させると、精度よく所定位置を切断することができる。
【００３３】
図４（ａ）に、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、固定枠１０に固定されたワイヤ７の外周表面に工具ホーン９０を当接させ静止しているときの位置関係を示し、図４（ｂ）〜（ｃ）に、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置でワイヤ７を超音波振動させ、ワイヤ７を被切断物３１に当てて被切断物３１を切断していくときの遷移図を示した。
【００３４】
図４（ａ）では、ワイヤ７は固定枠１０にピンと張られただけの静止状態であるが、図４（ｂ）では、ワイヤ７が超音波振動している。そして、図４（ｃ）でワイヤ７が被切断物３１の表面に当たると、ワイヤ７で被切断物３１が切れ始め、図４（ｄ）のように、ワイヤ７を被切断物３１に押し付けると、ワイヤ７で被切断物３１が切断されていく。
【００３５】
図５（ａ）〜（ｃ）は、ワイヤ７で被切断物３１を切断していく状態を拡大して示した遷移図である。ワイヤ７の超音波振動の振幅は数μｍから数十μｍであり、周波数は１５ｋＨｚから４０ｋＨｚなので、ワイヤ７の動きは目視できないため、図５では、イメージとして理解できるように、工具ホーン９０が超音波振動により、図５の上下方向に伸縮してワイヤ７の外周面を上下方向に揺らせていることを示した。また、図５では、図４と同じく固定枠１０の部分を白抜き矢印で簡略化して示した。
【００３６】
図５（ａ）では、ワイヤ７で被切断物３１の上部を切断している状態を、図５（ｂ）では、ワイヤ７で被切断物３１の上半分を切断している状態を、図５（ｃ）では、ワイヤ７で被切断物３１のほとんどを切断している状態を示している。図４と図５を見れば、ピンと張るように張力が与えられた状態で固定枠１０に固定されたワイヤ７が、被切断物３１を切断していく様子が理解されよう。
【００３７】
図６（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、工具ホーン９０の先端部９０ａに設けたＵ字型溝９０ｂにワイヤ７を入れて、ワイヤ７の外周面を当接させた状態を示した側面図である。図６（ｂ）は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、工具ホーン９０の先端部９０ａに設けたＵ字型溝９０ｂにワイヤ７を入れて、ワイヤ７の外周面を当接させた状態を示した部分断面図である。
【００３８】
工具ホーン９０の先端部９０ａに設けたＵ字型溝９０ｂは、溝底部がワイヤ７の軸方向において先端側に凸の曲面でワイヤ７に直接当接している。工具ホーン９０の先端のＵ字型溝９０ｂが超音波振動すると、工具ホーン９０の先端のＵ字型溝９０ｂの曲面が当接したワイヤ７は超音波振動する。ワイヤ７に向き合って当接するＵ字型溝９０ｂの面を曲面としたのは、ワイヤ７の外周面とＵ字型溝９０ｂが当接する位置でワイヤ７を切断させないためである。
【００３９】
図７（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、工具ホーン９０のＵ字型溝９０ｂにワイヤ７を入れてワイヤ７の外周面に工具ホーン９０を当接させた状態を示した拡大図である。図７（ｂ）は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の、工具ホーン９０のＵ字型溝９０ｂの拡大図である。特に図７（ｂ）では、曲面で面取りをした部分９０ｃにハッチングを付けて示した。既に説明したとおり、工具ホーン９０のＵ字型溝９０ｂとワイヤ７が接する部分に曲面で面取りをしておくことにより、ワイヤ７が切れないようにしている。
【００４０】
図８は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の固定枠１０の左側下端部１０ａと右側下端部１０ｂと、ワイヤ７と、固定手段であるコルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、段付きボルト１３ａ、１３ｂ、そしてワイヤ引っ張り部材１１の位置関係を示した分解図である。図８で、コの字型の固定枠１０の左側下端部１０ａには、第一の段付きネジ穴１０ｃが切ってある。固定枠１０の左側下端部１０ａには、コルクシート１２ａを当て、ワイヤ７を間に入れて、コルクシート１２ｂを被せ、段付きボルト１３ａを締め付けるようにしている。
【００４１】
コの字型の固定枠１０の右側下端部１０ｂについては、ワイヤ７の軸方向に沿った角孔１０ｄがあけてあり、角孔１０ｄに出入り自在に嵌入する角柱部１１ａのあるワイヤ引っ張り部材１１を取り付けている。なお、図８では図示していないが、ワイヤ引っ張り部材１１の角柱部１１ａの先端には図１と図２で図示したようにネジが切ってあって、カラー１４を入れ、蝶ナット１５を螺合して、蝶ナット１５を回転することで、ワイヤ引っ張り部材１１でワイヤ７を引っ張って所定の張力を与えて、ピンと張れるようにしている。
【００４２】
ワイヤ引っ張り部材１１には、第二の段付きネジ穴１１ｂが切ってある。ワイヤ引っ張り部材１１の下面には、コルクシート１２ｃを当て、ワイヤ７を間に入れて、コルクシート１２ｄを被せ、段付きボルト１３ｂを締め付けるようにしている。なお、後述する図９に示すように、ワイヤ７の右側端部は第二の段付きネジ穴１１ｂを囲む形に曲げてある。ワイヤ引っ張り部材１１の下面には、コルクシート１２ｃを当て、ワイヤ７を間に入れて、コルクシート１２ｄを被せ、段付きボルト１３ｂを締め付けることによって、ワイヤ７の右側端部はコルクシート１２ｃ、１２ｄで挟持される。
【００４３】
図９は、本発明の第一実施形態に係る超音波切断装置の固定枠１０とワイヤ７の位置関係を示した下面図である。図９に示したように、ワイヤ７の左側端部は第一の段付きネジ穴１０ｃを囲む形に曲げてある。そして、ワイヤ７の右側端部も第二の段付きネジ穴１１ｂを囲む形に曲げている。これは、ワイヤ７を超音波振動の振動方向と直行する平面で、コルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで挟持することにより、ワイヤ７が振動しても、コルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの間からワイヤ７が外れにくくしているためである。また、ワイヤ引っ張り部材１１の下面の角と固定枠１０の左側下端部１０ａの下面の角には、曲面の面取りをしていてワイヤ７が超音波振動しても切断（断線）しないようにしている。
【００４４】
（本発明の第一実施形態の変形例）
図１０に、本発明の第一実施形態の変形例に係る超音波切断装置の、固定枠１０の左側下端部１０ａと右側下端部１０ｂとワイヤ７と固定手段の位置関係を示す分解図を示した。
【００４５】
本発明の第一実施形態の変形例では、コルクシート１２ｂと段付きボルト１３ａの間と、コルクシート１２ｄと段付きボルト１３ｂの間に、座金１４ａと１４ｂを入れることにしている。座金１４ａと１４ｂの上面、つまりコルクシート１２ｂと１２ｄに対向する面に凹凸をつけて、ワイヤ７をコルクシート１２ｂ、１２ｄで締め付けたときの締めつけ力を大きくして、ワイヤ７をコルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの間に強く挟持している。なお、座金１４ａ、１４ｂについては、ワイヤ７をコルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの間でより強く挟持して外れないその他の形状にしても良い。また更に、座金１４ａ、１４ｂと段付きボルト１３ａ、１３ｂの間に図示しないばね座金を入れても良い。
【００４６】
先に示した図９では、ワイヤ７の両端の巻き付け角度が小さいときの状態を示したが、本発明の第一実施形態の変形例では、図１１に示したように、ワイヤ７の両端の巻き付け角度を大きくしている。このように、ワイヤ７の両端の巻き付け角度が大きいと、コルクシート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの間に挟むワイヤ７の長さが長くなるので、ワイヤ７がより強固に固定される。図１１は、本発明の第一実施形態の変形例に係る超音波切断装置の固定枠とワイヤの位置関係を示した下面図である。
【００４７】
（本発明の第二実施形態）
図１２に、本発明の第二実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した正面図を示した。本発明の第二実施形態に係る超音波切断装置では、固定枠４０を上下に直線的に往復動させる往復動手段を付けて、固定枠４０で両端を固定してあるワイヤ７を超音波振動させた状態で、被切断物３１に押し付けて切断できるようにしている。なお、固定枠４０においてワイヤ７に張力を与えてピンと張った状態で固定する構造と、ワイヤ７を超音波振動させる構造は、第一実施形態と同じなので説明を省略する。
【００４８】
本発明の第二実施形態に係る超音波切断装置では、フレーム１７の水平部分から支柱１７ａを立設して、支柱１７ａの上に往復動手段の固定部１７ｂを水平方向に張り出した形にしている。フレーム１７の固定部１７ｂの上に往復動手段であるエアーシリンダー１８を下向きに取り付け、エアーシリンダー１８の先端に固定枠４０を取り付けている。固定枠４０は、支柱１７ａに案内される摺動部４０ｓにより、支柱１７ａに沿って上下に往復動する。フレーム１７の水平部分にアンビル１６を乗せ、その上に被切断物３１を乗せ、固定枠４０に取り付けたワイヤ７を押し下げて、被切断物３１を切断する。なお、図１２では、エアーシリンダー１８の駆動手段については、一般的なエアーシリンダーの駆動手段を用いれば良いので、図示と説明を省略した。
【００４９】
図１３に、本発明の第二実施形態に係る超音波切断装置で被切断物３１をワイヤ７で切断する状態を示した正面図を示した。工具ホーン９０を超音波振動させ、ワイヤ７に振動を伝え、固定枠４０を下方に移動させていけば、図１３の上下方向に超音波振動するワイヤ７が被切断物３１を切断していく。
【００５０】
（本発明の第三実施形態）
図１４に、本発明の第三実施形態に係る超音波切断装置の概略構成を示した正面図を示し、図１５に、本発明の第三実施形態に係る超音波切断装置で、長さの長い被切断物３２をワイヤ７ａで切断する状態を示した正面図を示した。
【００５１】
本発明の第三実施形態に係る超音波切断装置では、ワイヤの軸方向に長い固定枠５０に長いワイヤ７ａに張力を与えてピンと張った状態で固定し、長い固定枠５０ごと長いワイヤ７ａを水平方向（ワイヤの軸方向）に往復動するようにしている。すなわち、本発明の第三実施形態に係る超音波切断装置では、フレーム１７の固定部１７ｂの上に取り付けた往復動手段（第一の往復動手段）であるエアーシリンダー１８と固定枠５０の間に、Ｌ字型部材１９を設けている。
【００５２】
エアーシリンダー１８の先端には、Ｌ字型部材１９を取り付けて、エアーシリンダー１８でＬ字型部材１９を上下に往復動させるが、Ｌ字型部材１９は、固定枠５０を水平移動できるように支えている。また、Ｌ字型部材１９には、ピニオン（小歯車）６１付き揺動回転モータ６０（第二の往復動手段）を取り付け、固定枠５０の上面にラック機構５０Ｓを取り付けて、ピニオンとラックを噛み合わせ、揺動回転モータ６０を揺動回転させることにより、Ｌ字型部材１９に沿って固定枠５０を水平移動させるようにしている。
【００５３】
このため、長さの長い被切断物３２に対して、長い固定枠５０にピンと張られた長いワイヤ７ａを図１４と図１５の上下方向に超音波振動させているときに、揺動回転モータ６０を揺動回転させて、Ｌ字型部材１９に沿って固定枠５０を水平移動させることができる。ワイヤ７ａは、上下方向の超音波振動と水平方向の往復運動をしながら下方に移動する。そして、長さの長い被切断物３２を切断する。
【００５４】
本発明の第三実施形態に係る超音波切断装置では、ワイヤ７ａが上下方向の超音波振動と水平方向の往復運動をしながら被切断物３２を切断する。ワイヤ７ａは被切断物３２を押し切ると同時に、水平方向に引き切るので、被切断物３２を、よりスムーズに切ることができる。なお、本発明の第一実施形態から第三実施形態では、固定枠１０、４０、５０のワイヤ取り付け方向の長さをそれぞれ一定の長さにしたものを示したが、図１６に示したように、固定枠５１をワイヤ取り付け方向の長さ方向にスライド可能な伸縮自在構造にしても良い。
【００５５】
図１６では、固定枠５１の右側下端部をスライド部品５１ｄとして、ワイヤ取り付け方向の長さ方向の任意の位置に位置決め固定する構造にしている。このことにより、図１４と図１５で示した長さの長い被切断物３２を切断する超音波切断装置を、長さの短い被切断物３１を切断する超音波切断装置として使うことができる。
【００５６】
（本発明の第四実施形態）
図１７に、本発明の第四実施形態に係る超音波切断装置で被切断物３１をワイヤ７で水平方向に切断するときの外観斜視図を示した。本発明の第四実施形態に係る超音波切断装置では、先に説明した図３で垂直に立てていた固定枠１０を水平に倒して、ワイヤ７の超音波振動方向を水平にしている。なお、固定枠１０にワイヤ７を張力与えてピンと張った状態で固定する構造と、ワイヤ７を超音波振動させる構造は、第一実施形態と同じなので説明を省略する。
【００５７】
図１７に示したように、水平に倒したコの字型の固定枠１０に対して、アンビル１６ａを白抜き矢印３００のように水平方向にスライド（移動）していくと、アンビル１６ａに乗せた被切断物３１はワイヤ７で水平方向に切断される。
【００５８】
（本発明の第五実施形態）
図１８に、本発明の第五実施形態に係る超音波切断装置の外観斜視図を示した。本発明の第五実施形態に係る超音波切断装置では、コの字型の固定枠７０に複数のワイヤ７ａ、７ｂ、７ｃ・・・７ｈを張って、ワイヤ７ａ、７ｂ、７ｃ・・・７ｈの外周面に一つの工具ホーン９１の下面を当てて超音波振動させている。工具ホーン９１の下面は均一の振幅で超音波振動するため、複数のワイヤ７ａ、７ｂ、７ｃ・・・７ｈは同様に超音波振動する。そのため、複数のワイヤ７ａ、７ｂ、７ｃ・・・７ｈの下にあるアンビル１６ｂの上に複数の被切断物３１を置いておけば、複数の被切断物３１を一度に多数の小片に切断できる。
【００５９】
（本発明の第六実施形態）
図１９に、本発明の第六実施形態に係る超音波切断装置の正面図を示した。本発明の第六実施形態では、ワイヤ７上に超音波振動を伝える工具ホーン９０の先端を当接させた位置の近くに、ワイヤ７が振動するときに負荷となる一定質量の弾性部材をリング状の振動調整用部材（振動状態調整手段）７５として取り付けている。
【００６０】
図２０に、リング状の振動調整用部材７５の外観斜視図を示した。リング状の振動調整用部材７５は、例えば中心に小さな孔７６をあけ、孔７６から外方へワイヤ７への着脱用スリット７７を設けた硬質ゴムの円板である。着脱用スリット７７を利用してワイヤ７に取り付けると、ワイヤ７が振動するときの負荷になる。
【００６１】
図１９では、工具ホーン９０から１５ｍｍから２０ｍｍ程度離した位置のワイヤ７の外周面に硬質ゴムの弾性力で把持させている。リング状の振動調整用部材７５の大きさ、幅、重量については、予め複数種類を準備しておいて、所望の振動状況になるように選別して使用する。
【００６２】
リング状の振動調整用部材７５は、工具ホーン９０からワイヤ７に伝えられた超音波振動エネルギーの負荷になる。そして、工具ホーン９０からワイヤ７に伝えられた超音波振動エネルギーの一部を吸収する。そのため、工具ホーン９０からワイヤ７に伝わりリング状の振動調整用部材７５を通過した超音波振動の周期はそのままであるが振幅が小さくなる。
【００６３】
ワイヤ７が、パン、ケーキ、チーズ等の被切断物を切断する範囲においてワイヤ７の振幅が大きすぎないように、リング状の振動調整用部材７５を配置することにより、振幅を小さくして切断しやすい振幅が得られる。そして、超音波振動による切断作業を効率よく行うことが可能となる。
【００６４】
（本発明の第七実施形態）
図２１に、本発明の第七実施形態に係る超音波切断装置の正面図を示した。本発明の第七実施形態では、ワイヤ７上に超音波振動を伝える工具ホーン９０を当接させた位置の近くに、リング状の振動調整用部材７５を一対ずつ、それぞれ隣接させて取り付けている。
【００６５】
リング状の振動調整用部材７５は、本発明の第六実施形態で説明した、中心に小さな孔をあけた硬質ゴムの円板と同じであるが、一対のリング状の振動調整用部材７５、７５の側面が擦れるように当接させて取り付けている。隣接するリング状の振動調整用部材７５、７５は擦れて超音波振動エネルギーの一部を吸収する。
【００６６】
図２１では、工具ホーン９０から１５ｍｍから２０ｍｍ程度離した位置でワイヤを隣接するリング状の振動調整用部材７５、７５を、それぞれの硬質ゴムの弾性力で把持させている。隣接するリング状の振動調整用部材７５、７５は、工具ホーン９０からワイヤに伝えられた超音波振動エネルギーの一部を、先に説明した本発明の第六実施形態より多く吸収する。そのため、図１９の場合より、振幅をより強力に抑制して安定化することができる。
【００６７】
パン、ケーキ、チーズ等の被切断物に応じて、最も切断しやすい振幅が得られるリング状の振動調整用部材７５を配置することにより、効率よく超音波振動による切断作業が可能となる。
【００６８】
（本発明の第八実施形態）
図２２に、本発明の第八実施形態に係る超音波切断装置の正面図を示した。本発明の第八実施形態では、ワイヤ７の支持部材１００を更に備え、ワイヤ７の外周面の工具ホーン９０を押し当てた位置（Ａ）から一定距離離れた位置（Ｂ）を支持させている。そして、ワイヤ７の一端を固定した位置から工具ホーン９０を押し当てた位置（Ａ）までの距離と、工具ホーン９０を押し当てた位置（Ａ）からワイヤの支持部材１００を押し当てた位置（Ｂ）までの距離の比を増減して調整可能としている。この工具ホーン９０を押し当てた位置（Ａ）からワイヤの支持部材１００を押し当てた位置（Ｂ）までの距離の比を増減して調整してワイヤ７の振動状態を変えて、被切断物を切断したときの切れ味を調節可能にしている。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、パン、ケーキ、チーズ、カステラ、羊かん等の食品を切断する超音波切断装置に適用することができる。また、食品以外の被切断物の切断についても適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
７    ワイヤ
９    超音波振動手段
１０  固定枠
１１  ワイヤ引っ張り部材
１２ａ〜１２ｄ  コルクシート
１３ａ、１３ｂ  段付きボルト
１４  カラー
１５  蝶ナット
１６  アンビル
１７  フレーム
１８  往復動手段（エアーシリンダー）
１９  Ｌ字型部材
３０  超音波振動制御手段
６０  揺動回転モータ
６１  小歯車（ピニオン）
９０  工具ホーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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