(57)【要約】  工作物にエネルギーを印加するためのエネルギーシステムは、エネルギー印加中に工作物に対して固定された位置を有するように取り付けられる第１のエネルギー印加装置と、工作物に渡り漸進的に移動する点で工作物にエネルギーを印加するように、工作物に対して移動可能な位置を有するように配置された第２のエネルギー印加装置であって、第１および第２のエネルギー印加装置のうちの一方がアンビルであり、第１および第２のエネルギー印加装置の他方が超音波接着機である、第２のエネルギー印加装置と、工作物へのエネルギーの印加を調整し、工作物に渡り、接着機振動振幅対工作物上の位置、接着機圧力対前記工作物の位置、およびホーンの移動速度対前記工作物の位置の１つまたは複数を漸進的に調整するように構成されるコントローラとを含む。【選択図】図１
2019507690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物にエネルギーを印加するためのエネルギーシステムであって、
エネルギー印加中に前記工作物に対して固定された位置を有するように取り付けられた第１のエネルギー印加装置と、
エネルギー印加中に前記工作物に対して移動可能な位置を有し、それによって、前記第１のエネルギー印加装置上に伸長し、前記第１のエネルギー印加装置と組み合わせて動作し、前記工作物に渡り漸進的に移動する点で、前記工作物にエネルギーを印加し、引き続き、前記第１のエネルギー印加装置上から引っ込むように、取り付けられた、第２のエネルギー印加装置であって、前記第１および第２のエネルギー印加装置の一方がアンビルであり、前記第１および第２のエネルギー印加装置の他方が、超音波ホーン、接着機振動振幅、接着機圧力、およびホーンの移動速度を有する超音波接着機である、第２のエネルギー印加装置と、
前記工作物へのエネルギーの印加を調整するためのコントローラであって、前記工作物に渡り、接着機振動振幅対前記工作物上の位置、接着機圧力対前記工作物の位置、およびホーンの移動速度対前記工作物の位置の１つまたは複数を漸進的に調整するように構成される、コントローラとを含む、エネルギーシステム。
【請求項２】
前記第１および第２のエネルギー印加装置のうちの一方が回転式ホーンであり、前記第１および第２のエネルギー印加装置の他方が回転式アンビルである、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項３】
前記第１および第２のエネルギー印加装置のうちの一方が固定ブレードホーンであり、前記第１および第２のエネルギー印加装置の他方が回転式アンビルである、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項４】
前記第１および第２のエネルギー印加装置のうちの一方が回転式ホーンであり、前記第１および第２のエネルギー印加装置の他方が固定アンビルである、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項５】
前記第１および第２のエネルギー印加装置は、回転ドラムシステムと共に使用される、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項６】
前記第１および第２のエネルギー印加装置は、コンベアシステムと共に使用される、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項７】
前記超音波ホーンは、前記アンビル上に伸長し、前記アンビル上の工作物に圧力を印加し、それによって、前記アンビル上に伸長しつつ超音波エネルギーを前記工作物に印加するように取り付けられている、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項８】
前記超音波ホーンは、前記アンビル上のエネルギー印加経路と前記アンビル上の工作物とを横切るように取り付けられ、前記エネルギー印加経路は、前記外側作動面を横断して配向され、前記超音波システムは、前記工作物に渡り漸進的に移動する点で、前記アンビル上に配置された前記工作物に前記超音波ホーンを介して圧力と超音波エネルギーを同時に印加する装置をさらに備え、故に、前記超音波ホーンがエネルギー印加経路を横切り、前記工作物に圧力および超音波エネルギーを印加しつつ、前記工作物への作動を達成する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項９】
前記エネルギーは、電気抵抗および圧力接着機からの圧力によって生成される１つまたは複数の熱エネルギーを含む、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項１０】
工作物にエネルギーを印加するためのエネルギーシステムであって、
所与の方向に第１の軸を中心に回転するように取り付けられ、円周方向の外側作動面を有するドラムと、
前記ドラムの外側作動面に取り付けられ、前記ドラムの回転方向に対して横方向に伸長する第１のエネルギー印加装置と、
前記ドラムと共に回転するように取り付けられ、前記ドラムの回転方向と交差する方向に移動し、それによって、前記第１のエネルギー印加装置の上に伸長し、前記第１のエネルギー印加装置と組み合わせて動作し、前記ドラムの回転中に前記工作物に渡り漸進的に移動する点で前記工作物にエネルギーを印加し、引き続き、前記ドラムの回転中に前記第１のエネルギー印加装置上から引っ込む、第２のエネルギー印加装置であって、前記第１および第２のエネルギー印加装置の一方がアンビルであり、前記第１および第２のエネルギー印加装置の他方が、接着機振動振幅、接着機パワー、接着機圧力、およびホーンの移動速度を有する超音波接着機である、第２のエネルギー印加装置と、
前記工作物へのエネルギーの印加を調整するためのコントローラであって、前記工作物に渡り、接着機振動振幅対工作物上の位置、接着機圧力対前記工作物の位置、およびホーンの移動速度対前記工作物の位置の１つまたは複数を漸進的に調整するように構成される、コントローラとを含む、エネルギーシステム。
【請求項１１】
前記第１および第２のエネルギー印加装置は協働して、故に、前記ドラム上の工作物に超音波エネルギーを印加する、請求項１０に記載のエネルギーシステム。
【請求項１２】
前記アンビルは、前記ドラムの前記外側作動面と実質的に同一平面上に取り付けられた金属バーを備える、請求項１０に記載のエネルギーシステム。
【請求項１３】
前記超音波ホーンは、前記アンビル上に伸長し、引き続き、前記ドラムの各回転中に前記アンビル上から引っ込むように取り付けられる、請求項１０に記載のエネルギーシステム。
【請求項１４】
前記超音波ホーンは、前記アンビル上に伸長し、前記アンビル上の工作物に圧力を印加し、それによって、前記アンビル上に伸長しつつ超音波エネルギーを前記工作物に印加するように取り付けられる、請求項１０に記載のエネルギーシステム。
【請求項１５】
前記超音波ホーンは、前記アンビルと、前記アンビル上の工作物上のエネルギー印加経路を横切るように取り付けられ、前記エネルギー印加経路は、前記外側作動面を横断して配向され、前記超音波システムは、前記工作物に渡り漸進的に移動する点で、前記アンビル上に配置された前記工作物に前記超音波ホーンを介して圧力と超音波エネルギーを同時に印加する装置をさらに備え、故に、前記超音波ホーンがエネルギー印加経路を横切り、前記工作物に圧力および超音波エネルギーを印加しつつ、前記工作物への作動を達成する、請求項１０に記載のエネルギーシステム。
【請求項１６】
前記エネルギーは、電気抵抗および圧力接着機からの圧力によって生成される１つまたは複数の熱エネルギーを含む、請求項１０に記載のエネルギーシステム。
【請求項１７】
工作物にエネルギーを印加する方法であって、
交差方向に沿って可変の厚さおよび／または層数を有する複雑な工作物を提供することと、
アンビルと超音波ホーンの間に前記工作物を配置することであって、前記超音波ホーンは、接着機振動振幅、接着機圧力、およびホーンの移動速度を有し、前記超音波ホーンと前記アンビルの一方が固定され、前記超音波ホーンと前記アンビルの他方が、前記工作物に渡り移動し、前記工作物にエネルギーを印加するように構成される、配置することと、
接着機振動振幅、接着機圧力、およびホーンの移動速度の１つまたは複数を、工作物上の位置および所与の位置での前記工作物の層の厚さおよび／または層の数の関数として制御することによって、前記工作物に供給される前記エネルギーをカスタマイズすることとを含む、方法。
【請求項１８】
前記アンビルおよび前記超音波ホーンは、回転ドラムシステムと共に使用される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記アンビルおよび前記超音波ホーンは、コンベアシステムと共に使用される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記超音波ホーンは、前記アンビル上に伸長し、前記アンビル上の工作物に圧力を印加し、それによって、前記アンビル上に伸長しつつ超音波エネルギーを前記工作物に印加するように取り付けられている、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、工作物の接着、シーリング、切断などのような熱エネルギーを工作物に印加するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性物質を溶接するため、およびプラスチックをエンボス加工および成型するための超音波周波数で発生された機械的振動の使用は、確立された工業プロセスである。この技術の基礎となる物理的原理は、本明細書に記述した開示と重要な関連性を持ち、従って簡単に見直し考察する価値がある。
【０００３】
相当の振動運動を得るために、ほとんどの超音波システムはその共振周波数の一つで動作する。超音波発生器および超音波ホーンは両方とも同じ周波数で共振するように設計されており、この場合、発生器で生成された振動がホーンに伝達される。ホーンは発生器と同じ周波数に同調されているため、ホーンは振動発生器の強制運動に呼応してその長さに沿って伸長・収縮する。
【０００４】
ホーンの自由面で生成した運動は次に、振動発生器の結晶に加えられる電圧によって決定される振幅で、ホーンの面に対して垂直な面で往復、または前後する。増幅装置および相変化装置を使用する一連の要素に組み込むことを含め、それは振動がホーンに伝達される前に、発生器で生成された振動を調整することが知られている。
【０００５】
本開示は、超音波ホーンと、協働するアンビルとを含み、ホーンとアンビルの一方が回転するウェブを運ぶ作動ドラムに取り付けられる、超音波システムを提供する。ホーンとアンビルの他方は、作動ドラムと一緒に回転するように取り付けられ、作動ドラム上を伸長して工作物に超音波エネルギーを印加し、作動ドラムの各回転中に作動ドラム上から引っ込む。このシステムは、作動ドラムの周囲に配置された複数セットのホーンとアンビルを含み、システムは、関連する複数の工作物を同時に処理することができる。
【発明の概要】
【０００６】
現在のサイドシーム接着機の中には、米国特許第５，６６０，６７９号および第５，６６０，６５７号に記述されているサイドシーム接着機のように、ドラムの周りに配置された６つの４０ＫＨｚ超音波接着機を使用するものがある。この配置は、約４．５製品分の滞留時間を提供して、工作物が次の処理に移る前に、接着を行い、所与の工作物を安定させる。機械の速度が増加し、製品設計が変更されるにつれ、改良されたより効率的な接着の必要性が明らかになった。本開示は、サイドシーム接着機の高速化能力およびより多様な製品設計に適応する能力を可能にする特定の構成を概説する。
【０００７】
本開示は、一般に、工作物にエネルギーを印加するためのエネルギーシステムに関する。当該エネルギーシステムは、エネルギー印加中に前述の工作物に対して固定された位置を有するように取り付けられた第１のエネルギー印加装置と、エネルギー印加中に前述の工作物に対して移動可能な位置を有し、それによって、前述の第１のエネルギー印加装置上に伸長し、前述の第１のエネルギー印加装置と組み合わせて動作し、前述の工作物に渡り漸進的に移動する点で、前述の工作物にエネルギーを印加し、引き続き、前述の第１のエネルギー印加装置上から引っ込むように、取り付けられた、第２のエネルギー印加装置であって、第１および第２のエネルギー印加装置の一方がアンビルであり、第１および第２のエネルギー印加装置の他方が、超音波ホーン、接着機振動振幅、接着機圧力、およびホーンの移動速度を有する超音波接着機である、第２のエネルギー印加装置と、前述の工作物へのエネルギーの印加を調整するためのコントローラであって、前述の工作物に渡り、接着機振動振幅対前述の工作物上の位置、接着機圧力対前述の工作物の位置、およびホーンの移動速度対前述の工作物の位置の１つまたは複数を漸進的に調整するように構成される、コントローラとを含む。
【０００８】
本開示は、一般に、工作物にエネルギーを印加するためのエネルギーシステムに関する。当該エネルギーシステムは、所与の方向に第１の軸を中心に回転するように取り付けられ、円周方向の外側作動面を有するドラムと、前述のドラムの外側作動面に取り付けられ、前述のドラムの回転方向に対して横方向に伸長する第１のエネルギー印加装置と、前述のドラムと共に回転するように取り付けられ、前述のドラムの回転方向と交差する方向に移動し、故に、前述の第１のエネルギー印加装置の上に伸長し、第１のエネルギー印加装置と組み合わせて動作し、前述のドラムの回転中に前述の工作物に渡り漸進的に移動する点で前述の工作物にエネルギーを印加し、引き続き、前述のドラムの回転中に第１のエネルギー印加装置上から引っ込む、第２のエネルギー印加装置であって、第１および第２のエネルギー印加装置の一方がアンビルであり、第１および第２のエネルギー印加装置の他方が、接着機振動振幅、接着機パワー、接着機圧力、およびホーンの移動速度を有する超音波接着機である、第２のエネルギー印加装置と、前述の工作物へのエネルギーの印加を調整するためのコントローラであって、前述の工作物に渡り、接着機振動振幅対工作物上の位置、接着機圧力対前述の工作物の位置、およびホーンの移動速度対前述の工作物の位置の１つまたは複数を漸進的に調整するように構成される、コントローラとを含む。
【０００９】
本開示は、一般に、工作物にエネルギーを印加するための方法に関する。当該方法は、交差方向に沿って可変の厚さおよび／または層数を有する複雑な工作物を提供することと、アンビルと超音波ホーンの間に前述の工作物を配置することであって、前述の超音波ホーンは、接着機振動振幅、接着機圧力、ホーンの移動速度を有し、前述の超音波ホーンと前述のアンビルの一方が固定され、前述の超音波ホーンと前述のアンビルの他方が、前述の工作物に渡り移動し、前述の工作物にエネルギーを印加するように構成されるように、配置することと、接着機振動振幅、接着機圧力、およびホーンの移動速度の１つまたは複数を、工作物上の位置および所与の位置での前述の工作物の層の厚さおよび／または層の数の関数として制御することによって、前述の工作物に供給される前述のエネルギーをカスタマイズすることとを含む。
【００１０】
本開示のその他の特徴および態様は、本明細書でより詳細に検討される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下の詳細な説明および添付図面を参照する時、本開示はより完全に理解され、さらなる特徴が明らかになるであろう。図面は単なる表現であり、請求項の範囲を制限することを意図していない。
【図１】図１は、本開示の方法および装置を使用して作製することができる工作物の斜視図である。
【図２】図２は、図１の工作物を作成することができる連続ウェブ内の工作物としての完成した工作物ブランクの平面図である。
【図３】図３は、一部が欠落し、一部が切り取られた、本開示の熱エネルギーシステムを示す図である。
【図４】図４は、図３の平面断面４−４で示す、図３の熱エネルギーシステムの断面図である。
【図５】図５は、図３の熱エネルギーシステムの端部の立面図の概略図である。
【図６】図６は、図３の６−６で示す、第１の熱エネルギー印加装置の上面図である。
【図７】図７は、図６の第１の熱エネルギー印加装置の側面図である。
【図８】図８は、本開示の熱エネルギーシステムの第２の態様の、図４と同様の断面図である。
【００１２】
本明細書および図面での参照文字の反復使用は、本開示の同一または類似の特徴または要素を示すことを意図している。図面は表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれていない。その特定の割合が誇張される一方、その他は最小化されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
当業者であれば、本考察は単に例示的態様の説明であり、本開示のより広い態様を制限することを意図しないことを理解するはずである。
【００１４】
図示した態様の以下の詳細な説明は、おむつ、トレーニングパンツ、女性用ケア製品、失禁用衣類などのような使い捨てタイプの衣類を製造する文脈でなされるが、他の状況では任意の適切な材料を接着することが想定される。このシステムは、ウェブを横切って加工装置内のウェブの移動方向（縦方向）に対する横断方向（縦方向を横断）に、ウェブに渡り伸長する離間した位置に超音波溶着を生成することによって、２つの重ね合わされたウェブを接着する装置および方法を含む。具体的な状況は、連続した複合ウェブにおける使い捨てタイプの衣類の製造であり、ウェブの衣類プレフォームは、衣類のウエスト部分がウェブの縦方向に沿って延在し、衣類の前後方向部分がウェブの対向する側にある状態で、ウェブの横方向に延在する。図示された態様では、溶着部は、仕上げられた衣類における側部縫い目の最終位置に概ね対応する位置で重ね合わされたウェブを接着する。
【００１５】
図１に示すタイプの衣類１０を作ることが一般に知られる。そのような衣類は、一般に、異なる材料の２つ以上の層または部分層の集合体を含むか、または他の要素とともに実質的に同じ材料を含むことができる。一般に、材料は、織布または不織布、またはポリマーフィルムである。弾性材料を、ウエスト１２、本体部分１４、および脚部開口１６の周りで使用することができる。
【００１６】
これに関連して、１０のような衣類を製造するためのこのようなプロセスのほとんどにおいてと同様に、図２に示すようなブランク１８が、材料の連続的に処理された複合ウェブの一部として最初に作られる。ブランクが完全に製造された後、サイドシーム２０が形成され、ブランク、完全仕上げまたは部分仕上げ、または完全に形成された衣類品のいずれかとして、ウェブから衣類が切断される。
【００１７】
本開示によって企図されるプロセスにより、図２に示されるように、前縁ブランク１８Ａおよび後縁ブランク１８Ｂの隣接する縁に隣接して溶着部２２を形成する。公知の技術を用いてこのような横方向溶着部を形成するには、ウェブの全幅に渡り熱エネルギーの均一な適用を得ることが困難であり、故に溶着部が所望の均一性を得られない可能性がある。以下に開示される装置および方法は、形成されるブランクにおけるそのような溶着部を予測可能に均一にするための新規なアプローチを提供する。
【００１８】
現在のサイドシーム接着機がＲａｊａｌａらの米国特許第５，６６７，６０８号および第５，６６０，６７９号に記述されており、それらはこれにより矛盾しない範囲で、参照によって本明細書に組み込まれる。接着機は、円の周りに均一に間隔を置いた６個のステーションを含み、各ステーションは、超音波ホーンと共に作動して材料の連続的なウェブまたは複数のウェブ上に横方向接着を生成するアンビルを持つ超音波接着機を含む。図３〜図７は、本開示の熱エネルギーシステムの一態様を示す。熱エネルギーシステムは、連続加熱装置または間欠加熱インパルス型装置のような電気抵抗装置、または誘導加熱構成要素のような、熱エネルギーの移動が材料を一緒に溶着するのに十分な任意のデバイスを含むことができる。好ましい熱エネルギー源は、超音波の使用によるものである。
【００１９】
図３〜図７に示すように、超音波システム２４は、一般に、３０で示される固定された内側シャフトを通る軸２８を中心に回転するための、外側シャフト２５に取り付けられた作動ドラム２６を含む。作動ドラム２６は、作動ドラム２６の外側作動面を通って吸引を提供し、すべての処理が終了したときにブランク１８として衣類品１０に組みつけることができる材料工作物のウェブ３３を保持するために、穿孔され、および従来の方法（図示せず）でその他が調整された外側作動面３２を有する。
【００２０】
複数のアンビルバー３４（６つが図示される）が作動ドラムに取り付けられ、作動ドラムの外周の周りに均一に間隔を置いて配置され、作動ドラム２６の外側作動面の幅寸法に渡り横方向に伸長する。アンビルバーは、アンビルバー３４の外面３６が、一般に、作動ドラム２６の外側作動面３２の連続性を持つよう、外側作動面３２と面一になっている。ステーションの数を増やすと、以下でより詳細に説明するが、所与の工作物の滞留時間が長くなる。
【００２１】
支持ドラム３８は、作動ドラム２６に固定され、作動ドラムと共に回転するように取り付けられる。図４を参照すると、支持ドラム３８は、インターフェース壁４０において作動ドラム２６に固定される。作動ドラム２６と支持ドラム３８の組み合わせが、外側シャフト２５に取り付けられる。外側シャフト２５は、ベアリング４２および４４によって固定内側シャフト３０に取り付けられる。支持ドラム３８の外壁４６は端壁４９を介して端フランジ４８に固定される。端フランジ４８は、処理ラインの図示しないライン軸から駆動される被駆動シャフト５０に固定される。被駆動シャフト５０は、ベアリング５２を介して地面に取り付けられる。従って、作動ドラム２６、支持ドラム３８および端フランジ４８はすべて、ベアリング４２、４４および５２の組み合わせによって支持され、全てが固定内側シャフト３０および軸２８の周りで一致して回転する。
【００２２】
カムドラム５４は、作動ドラム２６と支持ドラム３８と端フランジ４８との組み合わせでは回転しないように、固定内側シャフト３０にしっかりと固定される。カムリブ５６は、カムドラム５４の外壁５８に取り付けられ、カムドラムの外壁５８の全周に伸長する。カムリブ５６は、図４および図８の破線の輪郭で示される。カムリブの一部は、図３の支持ドラムの外壁４６の切り欠き部分を通じて見ることができる。
【００２３】
６対のキャリッジ支持トラック６０が、カムドラム５４の外壁５８に固定され、数と通常の位置において、作動ドラム２６の外側作動面３２上のそれぞれのアンビルバー３４に対応する。以下でさらに説明するように、各キャリッジ支持トラックの長さ「Ｌ」に沿って、キャリッジ支持トラックと摺動係合するように、キャリッジ６２が各対のキャリッジ支持トラック６０に取り付けられる。
【００２４】
ここで図６〜図７を参照すると、超音波支持サブアセンブリ６４がピボットピン６６で各キャリッジ６２に取り付けられる。超音波支持サブアセンブリ６４において、支持アーム６８は、ピボットピン６６から作動ドラム２６の外側作動面３２に向かって伸長し、その遠隔端部で、回転式超音波ホーン７０および超音波発生器７２を支持する。支持アーム６８は、制御アーム７４にしっかりと固定される。制御アーム７４は、ピボットピン６６および制御アーム７４を介して作用する複動式のエアシリンダ７６によって動作し、ピボットピン６６の周りで超音波ホーン７０を旋回させ、それによって作動ドラム２６の外側作動面３２に対し超音波ホーン７０を上げ下げする。従って、超音波支持サブアセンブリ６４は、ピボットピン６６、支持アーム６８、および制御アーム７４を含む。
【００２５】
圧縮空気が、空気圧制御ボックス７８からエアシリンダ７６に供給される。図４を参照のこと。圧縮空気は、供給ライン８０を介して空気圧制御ボックス７８に供給され、供給ライン８０は、従来の回転式空気圧カップリングを介して固定シャフト３０に供給接続される。空気が、供給ライン８２から固定シャフト３０の中心を通って供給される。
【００２６】
電力が、スリップリング８４を介して超音波システム２４に供給され、供給ライン８６を介して超音波発生器に伝達される。
【００２７】
プログラム可能なリミットスイッチ８８もまた、以下に説明する目的のために被駆動シャフト５０に取り付けられる。プログラム可能なリミットスイッチ８８の出力は、電線９０を介して制御ボックス７８に供給される。
【００２８】
本開示の動作および機能は、要素の前述の説明およびそれらの互いの関係から完全に明らかとなったと考えられるが、開示を完全にするために、本開示の使用法を簡単に説明する。
【００２９】
ここで図４を参照すると、被駆動シャフト５０は、端フランジ４８、作動ドラム２６、支持ドラム３８およびその支持されたキャリッジ６２、超音波支持サブアセンブリ６４、超音波ホーン７０、および発電機７２を一定の回転速度で連続的に回転させる。送り込み回転ロール９２が、軸２８を通る基準線に対して、作動ドラム２６の円周上の角度「Ｐ」で、載置ステーションに配置される。作動ドラムが矢印９４の方向に回転する一方で、工作物または他の材料ウェブ３３が、送り込み回転ロール９２の周りに矢印９３で示された方向に供給され、それにより、作動ドラム２６と回転ロール９２との間に形成されたニップで、作動ドラム２６の作動面３２と係合するように引き出される。ウェブ３３は、一般に、作動ドラムの外周に角度「Ｒ」で配置された取り出しステーションにおいて、送り出し回転ロール９６に達するまで、送り込み回転ロール９２から外側作動面で、作動ドラム２６の周辺まわりに引き出される。送り出し回転ロール９６において、ウェブ３３は、ウェブ３３によってそこに示されるように、回転ロール９６を中心に回転し、従って、作動ドラムから取り出され、この開示の関心のプロセスを終了する。
【００３０】
一般に、本開示が実行されると、超音波ホーンは、それらの設計された周波数で共振しながら連続的に作動される。
【００３１】
図３〜図７の組み合わせに戻ると、スロット開口９８は、各キャリッジ支持トラック６０に隣接する支持ドラム３８の外壁４６を貫通する。一対のカムフォロア１００が、それぞれのキャリッジからスロット開口９８を通って下方に伸長し、リブカム５６と係合する。従って、作動ドラムおよび支持ドラムが固定カムドラム５４のまわりで軸２８上を回転すると、カムフォロア１００とリブカム５６との係合により、キャリッジ６２が、作動ドラム２６の外側作動面３２に対して交互に接近または離間する。従って、各キャリッジは、作動ドラムの３６０度回転ごとに、作動ドラムに対し接近または離間するように、完全な往復運動を行う。従って、ここで、図３〜図５を参照すると、支持ドラム３８上の１２時の位置にあるキャリッジ６２Ａは、作動ドラムに向かって完全に伸長する、そして支持ドラム３８上の６時の位置にあるキャリッジ６２Ｂは、作動ドラムから離れて完全に引っ込む。
【００３２】
キャリッジが作動ドラム２６に向かって伸長すると、それぞれの超音波ホーンは、作動ドラムの外側作動面３２の上、および対応するアンビルバー３４上に伸長する。キャリッジが作動ドラムから引っ込むと、それぞれの超音波ホーンが作動ドラムの外側作動面から引っ込む。
【００３３】
超音波ホーンは、超音波支持アセンブリ６４、ホーン７０、および発生器７２の組み合わせの遠隔外側縁部１０１が、回転ロール９２および９６の内側縁部１０２の内側を通過するとき、外側作動面３２から完全に引っ込んだと考えられる。図４を参照すると、キャリッジ６２Ｂ上のホーンが完全に引っ込み、定義された「完全に引っ込んだ」位置よりも作動ドラムからさらに離れて動く。従って、「完全に引っ込む」とは、回転ロール９２、９６の内側縁部１０２の内側に配置された外側縁部１０１の位置の範囲を含み、キャリッジ６２が作動ドラムに対して最も離れた位置に配置される一番奥の位置に限定されない。
【００３４】
各キャリッジ６２が作動ドラムに向かって伸長し、対応する超音波ホーン７０が外側作動面３２上に対応して配置されると、プログラム可能なリミットスイッチ８８が空気圧制御ボックス７８に信号を送り、従って、それぞれのエアシリンダ７６上のラム１０３を起動させ伸長させ、従って図７に１０４で示す両方向矢印で示すように、それぞれの共振超音波ホーン７０を下方に移動させ、共振超音波ホーン７０は、それぞれのアンビルバー３４に画定されたそれぞれのワークステーション１０６でウェブ３３に保持された工作物と接触する。回転式超音波ホーン７０は、アンビルバーの支持抵抗に抗して工作物に下向きの力を加える。下向きの力の量は、エアシリンダ７６に加えられる力によって制御される。この下向きの力は、別の言い方では接着機圧力として知られる。
【００３５】
このように共鳴回転式超音波ホーンが工作物に下向きの力を及ぼす状態で、円形回転式ホーン７０は、超音波ホーンが、エネルギー印加経路１０８において作動面に渡り横断するとき、工作物に渡り漸進的に移動する点１１２で工作物に超音波エネルギーを効果的に印加するように軸１１０を中心に回転することができる。図４に示されるように、エネルギー印加経路は、ウェブ全体に渡らず伸長してもよいし、全体に渡って伸長してもよい。それは、超音波エネルギーによってどのような作動が行われるか、およびキャリッジ支持トラック６０および支持アーム６８の長さによる。
【００３６】
好ましくは、超音波ホーン７０は、ホーンがエネルギー印加経路の出力セグメントを横切っている間に、下向きに強制的に工作物と作動接触する。それぞれの超音波ホーンがエネルギー印加経路の出力セグメントの外端に達するとき、リミットスイッチ８８は、軸２８に対する作動ステーションのそれぞれの関連する角度位置を感知し、空気圧制御ボックス７８に信号を送り、ホーンが、エネルギー印加経路の（逆方向）入力セグメントの工作物上から引っ込められるよう、ホーンを工作物から引き上げる。図５を参照すると、ホーンは、ドラム上に伸長し始める、すなわち、回転ロール９２、９６の内側縁部１０２を作動ドラムの外周上で角度「Ｅ」で横切る。そして、作動ドラムの外周上に角度「Ｗ」で、外側作動面上から完全に引っ込む。図５を参照すると、ウェブ３３内の各工作物が回転ロール９６に到達する前に、それぞれのホーンアセンブリが完全に引っ込み、そこで工作物およびウェブが作動ドラム２６から取り外される。同様に、ホーン７０、発生器７２、および超音波支持サブアセンブリ６４を含むホーンアセンブリは完全に引っ込んだたままであり、ホーンアセンブリが送り込み回転ロール９２を通過し、外側作動面が再び工作物の入力ウェブと係合するようになるまで、外側作動面３２上に伸長し始めない。
【００３７】
従って、作動ドラム２６は、超音波ホーン７０を伴って連続的に回転する。工作物は、ウェブ３３の一部として作動ドラム２６上に配置されると超音波システム２４に入り、ホーン７０およびアンビル３４のような超音波印加装置が、溶着部２２を形成しつつ、角度「Ｐ」の載置ステーションと角度「Ｒ」の取り出しステーションとの間の作動経路１１４を横断する。従って、各ホーンは、それぞれのアンビルで外側作動面に渡り伸長し、作動ドラムの各回転に伴って工作物に溶着部を形成する。溶着部２２は、機械横断方向に伸長する。任意の所与の時間に、複合装置は、ワークステーション１０６および対応する工作物と実質的に同じ数の工作物に対して、回転ロール９２および９６の間のドラム上で溶着、切断などの操作を実行することをサポートすることができ、外側作動面からの各ホーンの「完全な引っ込み」に対し十分な隙間を可能にする。故に、完成した工作物を有するウェブを回転ロール９６で取り出すことができる。
【００３８】
適切な回転式超音波ホーン７０は、例えば、Ｅｈｌｅｒｔの米国特許第５，１１０，４０３号に教示されているものであり、適切な回転超音波ホーンに関する教示のために参照により本明細書に組み込まれる。適切な超音波発生器および他の関連する超音波装置は、例えばＳｏｎｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｄａｎｂｕｒｙ、Ｃｏｎｎなどの様々な供給会者から利用可能である。
【００３９】
図８は、本開示の第２の態様を示すが、超音波ホーンおよび協働するアンビルは、図３〜図７の態様とは物理的に逆の位置に配置される。従って、図８の態様を、図３〜図７に関してより詳細に説明する態様と比較すると、図８では、従来の一対のプランジ型超音波ホーン１７０が、アンビルバー３４の代わりに作動ドラム２６に取り付けられる。必要に応じて、多くのプランジ型ホーンを、エネルギー印加経路の全幅に及んで使用できる。これに対応して、回転式アンビル１３４は、回転式超音波ホーン７０の代わりに超音波支持アセンブリ６４に取り付けられる。
【００４０】
使用において、超音波ホーン１７０は、好ましくは、プロセスの動作中に連続的に起動する。作動ドラム２６および支持ドラム３８は、上述したように連続的に回転する。ドラムが回転すると、アンビルがエネルギー印加経路１０８の出力セグメントを横断するとき、アンビルは作動面上に伸長し、エアシリンダ７６によって工作物と強制的に接触する。そして、アンビルがエネルギー印加経路の入力セグメントを横断するとき、アンビルを工作物から持ち上げる。重要な違いは、外側作動面上に伸長し、引き続き、引っ込むという物理的移動の役割は、キャリッジ６２に取り付けられた要素に組み込まれたままでありつつ、超音波ホーンとアンビルの位置が逆転していることである。従って、作動ドラムの外側作動面に取り付けられた超音波印加装置は、超音波支持サブアセンブリ６４に取り付けられた超音波印加装置というより、超音波エネルギーを供給する装置である。
【００４１】
あるいは、超音波装置の代わりに他のエネルギー印加装置を使用することもできる。そのような装置は、圧力接着機、電気抵抗加熱要素、電気インジケータ要素、および流体加熱要素を含む。
【００４２】
本開示の超音波接着機によって与えられる接着の強度は、主として、振幅、力、および時間の関数である。一般に、より厚い材料またはより多くの数の層の材料を効果的に接着するためにより多くのエネルギーが必要とされる。余分なエネルギーは材料および他の問題に穴を開けることがあるので、特に複雑で変化する材料に関しては、工作物に供給されるエネルギーの量を制御する必要がある。
【００４３】
複数の変数を制御することで、より高速な操作が可能になり、複雑で多様な製品設計が可能になる。第１に、滞留時間、すなわち、接着動作のために超音波接着機上で工作物が利用可能である時間を追加することは、標準的な６から７以上にステーションを追加することによって達成することができる。ステーションの数を例えば７以上に増やすことは、通常の６つのステーション構成と比較してアンビルから超音波ホーンの負荷を軽減する傾向のある遠心力を低下させつつ、所与の機械速度で滞留時間を増加させる利点を有する。
【００４４】
第２に、接着機振動振幅能力は、４０ＫＨｚより低い周波数で動作する接着機を使用することによって増加させることができる。振幅能力は、超音波周波数が低下するにつれて増加する傾向がある。振動の振幅を大きくすると、４０ＫＨｚに比べて高い接着エネルギーが得られるという利点がある。より高い振幅は、複数の層および／または厚い層を有するウェブを処理する場合に特に有用である。
【００４５】
第３に、接着機の振幅対工作物の位置が、接着される材料に応じて制御および変更することができる。振幅対工作物上位置を制御することは、工作物の特定の領域に高いエネルギーを印加し、他の領域ではエネルギーを少なくするという利点がある。例えば、４つ以上の層を有する部分は、正しく接着するために一定のエネルギー入力を必要とするが、一方、２層を有する別の部分は、４層部分によって必要とされるエネルギーに曝されると、接着しすぎるか、または破壊される。振幅制御では、超音波発生器の電圧出力、従って振動振幅は制御設定値に比例する。この構成では、振幅設定値が工作物上の位置に応じて調整される。
【００４６】
第４に、接着機パワー対工作物の位置が、接着される材料に応じて制御および変更することができる。超音波システムが振動する振幅は、超音波変換器に印加される電圧に比例する。超音波変換器によって引き出される電流の量は、振動する電気機械式超音波システムによって行われる作動に依存する。その作動は、振動の振幅（すなわち、印加電圧）および加えられる力に依存して行われる。印加電圧および供給電流は、超音波システムによって引き出される電力（仕事の速度）を決定する。電力制御では、印加電圧は、システム電力（電圧×電流）が設定値のままになるように自動的に調整される。電力対工作物の位置を調整するには、工作物上の超音波接着機の位置に応じてパワー設定値を調整する必要がある。
【００４７】
第５に、接着機圧力対工作物の位置が、接着される材料に応じて制御および変更することができる。接着機圧力対工作物の位置を制御することは、接着エネルギーを工作物に沿った任意の所与の位置での要件に合わせることができるという利点を有する。この構成では、上述の超音波接着強度関数の力成分が、プログラム可能な設定値に比例するように、超音波ホーンを工作物に負荷するエアシリンダへの圧力が調整される。設定値は、工作物上の超音波ホーンの位置に応じて調整される。
【００４８】
第６に、ホーンの移動速度対工作物上の位置が、接着される材料に応じて制御および変更することができる。ホーンの移動速度および持続時間は、接着強度関数の時間成分に影響する。一態様では、所与の機械速度において、衝突回避のための物理的な制約が与えられた場合、接着機はできるだけ低速度で動くように、ホーンの移動速度を制御することは、超音波接着機を工作物ウェブ上を前後に動かすカムを構成することを含む。この構成は、所与の機械速度において、所与の区域の速度および持続時間がその区域に最適であるよう、工作物上に複数の速度ゾーンを提供するために、カムを調整することを含むことができる。様々な態様において、ホーンの移動速度は、カムシステム、リニアアクチュエータ、サーボ、コントローラ、または任意の他の適切な制御システムを使用して、工作物に渡り制御／変更することができる。
【００４９】
サイドシーム接着機の様々な構成により、特定の工作物設計の接着強度を最適化することができる。接着強度は、追加のステーションを用意すること、動作周波数を下げることにより接着機振幅を増加させること、および工作物上の位置に対して４つのカスタマイズ、つまり振幅、電力、圧力、およびホーンの移動速度を提供することにより最適化することができる。
【００５０】
第１の特定の態様では、工作物にエネルギーを印加するためのエネルギーシステムは、エネルギー印加中に前述の工作物に対して固定された位置を有するように取り付けられた第１のエネルギー印加装置と、エネルギー印加中に前述の工作物に対して移動可能な位置を有し、それによって、前述の第１のエネルギー印加装置上に伸長し、前述の第１のエネルギー印加装置と組み合わせて動作し、前述の工作物に渡り漸進的に移動する点で、前述の工作物にエネルギーを印加し、引き続き、前述の第１のエネルギー印加装置上から引っ込むように、取り付けられた、第２のエネルギー印加装置であって、第１および第２のエネルギー印加装置の一方がアンビルであり、第１および第２のエネルギー印加装置の他方が、超音波ホーン、接着機振動振幅、接着機圧力、およびホーンの移動速度を有する超音波接着機である、第２のエネルギー印加装置と、前述の工作物へのエネルギーの印加を調整するためのコントローラであって、前述の工作物に渡り、接着機振動振幅対前述の工作物上の位置、接着機圧力対前述の工作物の位置、およびホーンの移動速度対前述の工作物の位置の１つまたは複数を漸進的に調整するように構成される、コントローラとを含む。
【００５１】
第２の特定の態様は、第１の特定の態様を含み、前述の第１および第２のエネルギー印加装置のうちの一方が回転式ホーンであり、前述の第１および第２のエネルギー印加装置の他方が回転式アンビルである。
【００５２】
第３の特定の態様は、第１および／または第２の態様を含み、前述の第１および第２のエネルギー印加装置のうちの一方が固定ブレードホーンであり、前述の第１および第２のエネルギー印加装置の他方が回転式アンビルである。
【００５３】
第４の特定の態様は、態様１〜３の１つまたは複数を含み、前述の第１および第２のエネルギー印加装置のうちの一方が回転式ホーンであり、前述の第１および第２のエネルギー印加装置の他方が固定アンビルである。
【００５４】
第５の特定の態様は、態様１〜４のうちの１つまたは複数を含み、前述の第１および第２のエネルギー印加装置は、回転ドラムシステムと共に使用される。
【００５５】
第６の特定の態様は、態様１〜５のうちの１つまたは複数を含み、前述の第１および第２のエネルギー印加装置は、コンベアシステムと共に使用される。
【００５６】
第７の特定の態様は、態様１〜６のうちの１つまたは複数を含み、前述の超音波ホーンは、前述のアンビル上に伸長し、前述のアンビル上の工作物に圧力を印加し、それによって、前述のアンビル上に伸長しつつ超音波エネルギーを前述の工作物に印加するように取り付けられている。
【００５７】
第８の特定の態様は、態様１〜７のうちの１つまたは複数を含み、前述の超音波ホーンは、前述のアンビルと、前述のアンビル上の工作物上のエネルギー印加経路を横切るように取り付けられ、前述のエネルギー印加経路は、前述の外側作動面を横断して配向され、前述の超音波システムは、前述の工作物に渡り漸進的に移動する点で、前述のアンビル上に配置された前述の工作物に前述の超音波ホーンを介して圧力と超音波エネルギーを同時に印加する装置をさらに備え、故に、前述の超音波ホーンがエネルギー印加経路を横切り、前述の工作物に圧力および超音波エネルギーを印加しつつ、前述の工作物への作動を達成する。
【００５８】
第９の特定の態様は、態様１〜８のうちの１つまたは複数を含み、前述のエネルギーは、電気抵抗および圧力接着機からの圧力によって生成される１つまたは複数の熱エネルギーを含む。
【００５９】
第１０の特定の態様では、工作物にエネルギーを印加するためのエネルギーシステムは、所与の方向に第１の軸を中心に回転するように取り付けられ、円周方向の外側作動面を有するドラムと、前述のドラムの外側作動面に取り付けられ、前述のドラムの回転方向に対して横方向に伸長する第１のエネルギー印加装置と、前述のドラムと共に回転するように取り付けられ、前述のドラムの回転方向と交差する方向に移動し、故に、前述の第１のエネルギー印加装置の上に伸長し、第１のエネルギー印加装置と組み合わせて動作し、前述のドラムの回転中に前述の工作物に渡り漸進的に移動する点で前述の工作物にエネルギーを印加し、引き続き、前述のドラムの回転中に第１のエネルギー印加装置上から引っ込む、第２のエネルギー印加装置であって、第１および第２のエネルギー印加装置の一方がアンビルであり、第１および第２のエネルギー印加装置の他方が、接着機振動振幅、接着機パワー、接着機圧力、およびホーンの移動速度を有する超音波接着機である、第２のエネルギー印加装置と、前述の工作物へのエネルギーの印加を調整するためのコントローラであって、前述の工作物に渡り、接着機振動振幅対工作物上の位置、接着機圧力対前述の工作物の位置、およびホーンの移動速度対前述の工作物の位置の１つまたは複数を漸進的に調整するように構成される、コントローラとを含む。
【００６０】
第１１の特定の態様は、第１０の特定の態様を含み、前述の第１および第２のエネルギー印加装置は協働して、故に、前述のドラム上の工作物に超音波エネルギーを印加する。
【００６１】
第１２の特定の態様は、第１０および／または第１１の態様を含み、前述のアンビルは、前述のドラムの前述の外側作動面と実質的に同一平面上に取り付けられた金属バーを備える。
【００６２】
第１３の特定の態様は、態様１０〜１２のうちの１つまたは複数を含み、前述の超音波ホーンは、前述のアンビル上に伸長し、引き続き、前述のドラムの各回転中に前述のアンビル上から引っ込むように取り付けられる。
【００６３】
第１４の特定の態様は、態様１０〜１３のうちの１つまたは複数を含み、前述の超音波ホーンは、前述のアンビル上に伸長し、前述のアンビル上の工作物に圧力を印加し、それによって、前述のアンビル上に伸長しつつ超音波エネルギーを前述の工作物に印加するように取り付けられている。
【００６４】
第１５の特定の態様は、態様１０〜１４のうちの１つまたは複数を含み、前述の超音波ホーンは、前述のアンビルと、前述のアンビル上の工作物上のエネルギー印加経路を横切るように取り付けられ、前述のエネルギー印加経路は、前述の外側作動面を横断して配向され、前述の超音波システムは、前述の工作物に渡り漸進的に移動する点で、前述のアンビル上に配置された前述の工作物に前述の超音波ホーンを介して圧力と超音波エネルギーを同時に印加する装置をさらに備え、故に、前述の超音波ホーンがエネルギー印加経路を横切り、前述の工作物に圧力および超音波エネルギーを印加しつつ、前述の工作物への作動を達成する。
【００６５】
第１６の特定の態様は、態様１０〜１５のうちの１つまたは複数を含み、前述のエネルギーは、電気抵抗および圧力接着機からの圧力によって生成される１つまたは複数の熱エネルギーを含む。
【００６６】
第１７の特定の態様では、工作物にエネルギーを印加する方法は、交差方向に沿って可変の厚さおよび／または層数を有する複雑な工作物を提供することと、アンビルと超音波ホーンの間に前述の工作物を配置することであって、前述の超音波ホーンは、接着機振動振幅、接着機圧力、ホーンの移動速度を有し、前述の超音波ホーンと前述のアンビルの一方が固定され、前述の超音波ホーンと前述のアンビルの他方が、前述の工作物に渡り移動し、前述の工作物にエネルギーを印加するように構成されるように、配置することと、接着機振動振幅、接着機圧力、およびホーンの移動速度の１つまたは複数を、工作物上の位置および所与の位置での前述の工作物の層の厚さおよび／または層の数の関数として制御することによって、前述の工作物に供給される前述のエネルギーをカスタマイズすることとを含む。
【００６７】
第１８の特定の態様は、第１７の特定の態様を含み、前述のアンビルおよび前述の超音波ホーンは、回転ドラムシステムと共に使用される。
【００６８】
第１９の特定の態様は、第１７および／または第１８の特定の態様を含み、前述のアンビルおよび前述の超音波ホーンは、コンベアシステムと共に使用される。
【００６９】
第２０の特定の態様は、態様１７〜１９のうちの１つまたは複数を含み、前述の超音波ホーンは、前述のアンビル上に伸長し、前述のアンビル上の工作物に圧力を印加し、それによって、前述のアンビル上に伸長しつつ超音波エネルギーを前述の工作物に印加するように取り付けられている。
【００７０】
本開示を完全に詳細に記載したので、開示の精神から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることは容易に明らかであろう。全てのそのような変更および修正は、以下の請求項によって定義されるように、本開示の範囲内であると考えられる。
【００７１】
本開示に対するこれらおよびその他の変更および変形は、当業者であれば、添付の請求項でより具体的に記述される本開示の精神および範囲を逸脱することなく実践することができる。さらに、さまざまな態様の要素は全体的および部分的に入れ替えることができる。その上、当業者であれば、前述の説明は例示目的のみであり、添付請求項でさらに記述される本開示を制限することを意図しないことを理解するであろう。
【００７２】
特許請求の範囲に記載の数値限定に「約」が記載されているか否かにかかわらず、本発明の技術思想に鑑みて、実質的に同一の範囲を含むものである。
【図１】
2019507690.tif 000003
【図２】
2019507690.tif 000004
【図３】
2019507690.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019507690.tif 000009
【図８】
2019507690.tif 000010
【国際調査報告】
2019507690.tif 000011
2019507690.tif 000012
2019507690.tif 000013