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包丁で熟れたトマトや刺身などを切るとき、刃を上から下へ押すだけではうまく切れません。刃を前後に動かしながら切ると、切断面の組織が壊れず、美しく切れるという体験をされたことがあると思います。超音波カッターはその動作を超音波の力で行っています。ここでは、超音波カッター“ソノファイル”の原理と特長をご説明します。


SONOFILE® 超音波カッターのしくみ

1.超音波とは?

音とは、空気や水、金属・・・などの媒体につたわる“振動”のことをいいます。
超音波とは、一般に周波数が20kHz以上の“聞こえない音”のことをいいます。 周波数20kHzの超音波というと、何らかの媒体が1秒間に20,000回振動しているということになります。刃先振動のイメージ

2.超音波カッターの切断とは?

超音波カッターは刃物を長手方向に10μm~70μmの幅で振動させています。目では確認できない程の微細振動ですが、その動きは1秒間に20,000回~40,000回(20kHz~40kHz)繰り返されます。このことが通常のカッターでは、切断しにくい樹脂製品、ゴム製品、不織布、これらを重ね合わせた複合素材、フィルム製品、切断面が重要となる食品の切断を容易にします。

3.超音波カッターSONOFILE®の原理

振動を発生させる「振動子」とそれを駆動させるための「発振器」から構成されています。
振動子には圧電素子が使われており、電圧をかけることによって、数μm変位させることができ、周期的に電圧をかけることで振動を発生させます。
物体はそれぞれ安定して振動しやすい固有周波数をもっており、その周波数にあわせて外力を加えることで小さな力で大きな振動を得ることができます。これを共振させるといいます。超音波カッターは圧電素子で発生した力で振動子から刃先までの全体を共振させることで刃先に大きな振動を発生させています。発振器は振動子を共振させて駆動するために周期的に電圧を発生させています。 また、圧電素子部分から先端の刃先までの断面積をホーンと呼ばれる部品で小さく絞ることにより、より大きく振動させています。
フィードバック制御のイメージ

4.超音波カッターSONOFILEの特長

独自の刃物保持方式(特許第3462118号)を採用した角ネジハーフカットイメージ 独自の刃物保持方式(特許第3462118号)により刃物交換時の位置合わせの手間を省き、技術レベルに依ることなく、簡単・確実な刃物取付が再現できる為、安定した加工作業につながります。超音波カッターによる切断では切り粉や粉塵などが少なく加工現場を汚しません。
多層素材などのハーフカットが可能です。

SONOFILE®では振動子から送られて来る情報を発振器に戻し、切断時の負荷による周波数や振幅の乱れを補正し常に設定値に保つようフィードバック制御を行っております。 さらに、仕上がり状態に最も適した振動の大きさを任意に可変できる出力調整機能を有しています。

【加工例 】

SONOFILE®はロボットや自動機などの装置に切断ツールとして組み込んでご使用頂けるように設計されています。
外部からON/OFF、振幅可変などの入力が可能、また発振器から過負荷などのエラー信号を出力することができます。
(機種により仕様が変わります)
ロボットに装着可能!
切断用・バリ取り用ツールとしてロボットに装着可能です。
(使用例) 
  ・自動車内装材の切断
  ・航空機用カーボンプリプレグの切断
  ・樹脂成形品のバリ取り・ゲートカット

多層材などのハーフカットイメージ

多層材などのハーフカット

ハンドツールとしても手軽に作業できます。
その他、こんな分野でも使用されています。
  ・化石のクリーニング
  ・食パンの切断
  ・地質断面切断(粘土層)
  ・錆び、ペンキ等、付着物の除去
  ・フィルム材のエッジ処理(角を丸める)