(57)【要約】本発明は、超音波ホーン（２０）を含む装置である。ホーン（２０）は支持構造体に取付けられ、第１の取付け面（３８ｂ）を備えている。アンビル（１６）は、支持構造体に取付けられ、超音波ホーンから離隔されている。アンビルは、第１の受け面（３６）を有する。受けアセンブリは、第１の取付け面（３８ｂ）を第１の受け面（３６）に支持可能に連結する。
2005503265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造体と、
第１の取付け面を有し、前記支持構造体に取付けられる超音波ホーンと、
前記超音波ホーンから離隔され、第１の受け面を有するアンビルと、
前記第１の取付け面を前記第１の受け面に支持可能に連結する第１の受けアセンブリと、
を備える装置。
【請求項２】
前記第１の受けアセンブリが、長さにおいて調整可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アンビルの方向に前記超音波ホーンを平行移動するように配置された力生成装置をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ホーンは、形状が環状であり、長手軸を中心にして回転可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記アンビルは、形状が環状であり、長手軸を中心にして回転可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記アンビルが、
軸方向に延在するプレス面と、
前記アンビルに固定関係で取着される受けリングとをさらに備え、前記受け面が前記受けリング上に配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の受けアセンブリが、
前記第１の取付け面に取着される分離装置と、
前記分離装置に対して同軸に配置される環状ホーン軸受と、
前記第１の取付け面および前記第１の受け面のうちの一方の近くに配置される従動面を有し、該従動面が前記第１の取付け面および前記第１の受け面のうちの一方と係合可能であるカム従動子軸受と、
前記環状ホーン軸受と前記カム従動子軸受とを支持可能に連結する偏心シャフトと、
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記超音波ホーンに配置される溶接面と、
前記アンビルに配置されるプレス面と、
をさらに備え、
前記偏心シャフトの回転により、前記溶接面と前記プレス面との間の距離が変化する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記超音波ホーンを中心にして環状に配置される溶接面と、
前記アンビルを中心にして環状に配置され、かつ前記第１の受け面よりも前記溶接面に近い軸方向に延在するプレス面をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記超音波ホーンに配置される第２の取付け面、および前記第１の取付け面と該第２の取付け面との間で前記超音波ホーンに配置される溶接面と、
前記アンビルに配置される第２の受け面、および前記第１の受け面と該第２の受け面との間で前記アンビルに配置されるプレス面と、
前記第２の取付け面を前記第２の受け面に支持可能に連結する第２の受けアセンブリと、
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の受けアセンブリが、長さにおいて調整可能である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の受けアセンブリが、前記第２の受け面から超音波エネルギーを分離する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１３】
前記ホーンまたは前記アンビルのうちの少なくとも一方が、前記ホーンまたは前記アンビルの他方に対して平行移動する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
複数の超音波ホーンを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
支持構造体と、
溶接面および取付け面を有し、前記支持構造体に取付けられる環状の回転可能な超音波ホーンと、
前記超音波ホーンから離隔され、受け面およびプレス面を備えた環状受けリングを有する環状の回転可能なアンビルと、
前記溶接面を前記プレス面に向けて付勢するように配置される力生成装置と、
前記取付け面を中心にして環状に配置され、該取付け面に支持可能に係合する分離装置と、
前記分離装置を中心にして環状に配置され、該分離装置に支持可能に係合するホーン軸受と、
前記受け面の近くに配置されて該受け面に係合可能である従動面を含むカム従動子軸受と、
前記環状ホーン軸受と前記カム従動子軸受とを支持可能に連結するシャフトと、
を備える、超音波溶接装置。
【請求項１６】
前記溶接面および外面が、予め定めた離隔距離に達するまで、前記力生成装置によって共に付勢される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
超音波溶接ホーンの取付け方法であって、
溶接面および第１の取付け面を有する前記超音波ホーンを支持構造体に取着することと、
プレス面および第１の受け面を有するアンビルを、該プレス面が前記溶接面に隣接するように配置することと、
前記溶接面および前記プレス面を互いの方向へ付勢することと、
予め定めた離隔距離を形成する連結構造体により前記第１の受け面を前記第１の取付け面に連結して、前記プレス面と前記溶接面とが接触しないようにすることと、
を含む超音波溶接ホーンの取付け方法。
【請求項１８】
前記第１の連結構造体の長さを変更することによって、前記予め定めた離隔距離を調整することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第２の連結構造体を用いることによって、前記アンビルに配置された第２の受け面を前記ホーンに配置された第２の取付け面に連結することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の連結構造体の長さおよび前記第２の連結構造体の長さを変更することによって、前記空間離隔距離を調整することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ホーンと前記支持構造体との間を回転可能に接続することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
溶接面および第１の取付け面を有する超音波ホーンを回転することと、
プレス面が前記溶接面に隣接して実質的平行であるように、前記プレス面および第１の受け面を有するアンビルを回転することと、
前記溶接面および前記プレス面を互いの方向へ付勢することと、
前記第１の取付け面と前記第１の受け面との間の第１の連結構造体を利用して、前記溶接面が前記プレス面に接触しないようにすることと、
前記溶接面と前記プレス面との間にワークを通すことと、
を含む超音波溶接方法。
【請求項２３】
前記超音波ホーンの第２の取付け面と前記アンビルの第２の受け面との間の第２の連結構造体を利用して、前記溶接面が前記プレス面に接触しないようにすることをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の連結構造体の長さを調整することによって、前記溶接面と前記プレス面との間の離隔距離を変化させることをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波ホーンに関する。さらに詳細には、本発明は、超音波ホーンの取付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波溶接（「音波溶接」と呼ぶこともある）において、接合対象の２つの部品（通常は熱可塑性部品）が振動エネルギーを放出するための超音波「ホーン」と呼ばれる工具の下に直接配置される。このような部品（または「ワーク」）は、ホーンとアンビルとの間に拘束される。ホーンは、一般に約２０，０００ヘルツ〜約４０，０００ヘルツの超音波エネルギーの印加によって拡張または収縮させることによって溶接部品にエネルギーを伝達する。超音波型振動溶接システムは、基本的に、電気生成手段と、電気エネルギーを振動エネルギーに変換するための電気超音波変換器と、振動エネルギーを溶接領域に供給するためのホーンと、工具との強制接触においてワークを保持するために、ワークに静的力を印加するためのアセンブリと、を備えている。エネルギーは、選択された波長、振動数および振幅で、工具からワークに付与される。超音波ホーンは、たとえば、アルミニウムまたはチタンから構成される音響工具で、機械的振動エネルギーを部品に伝達する。
【０００３】
超音波溶接の１つのタイプは、連続超音波溶接である。このタイプの超音波溶接は一般に、繊維およびフィルム、または「ウェブ」に形成され、溶接装置に供給されることができる他のワークを密閉するために用いられる。連続溶接において、超音波ホーンは一般に据え置き型であり、部品をその下に移動する。連続超音波溶接の１つのタイプは、回転一定のバーホーンおよび回転一定のアンビル面を用いる。バーホーンとアンビルとの間に、ワークが引っ張られる。ホーンは一般にワークに対して長手方向に延在し、振動はホーンに沿ってワークに軸方向に進む。別のタイプの連続超音波溶接において、ホーンは、回転型であり、円筒で長手軸を中心にして回転する。入力振動はホーンの軸方向にあり、出力振動はホーンの半径方向にある。ホーンは、溶接（または接合）対象のワークが線形速度で円筒面の間を通過するように、一般に回転可能であるアンビルの近くに配置される。線形速度は、円筒面の接線速度に実質的に等しい。このタイプの超音波溶接システムは、米国特許第５，９７６，３１６号明細書に記載されており、その内容全体が本願明細書に参照によって引用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホーンに対するアンビルの並置によって、静的力をワークに供給することができ、それによってワークに超音波エネルギーを伝達することができる。この静的力は、（たとえば、作動油圧システムを用いて）ホーンをアンビルの長手軸に対して半径方向に押し付ける力印加システムからワークに締付け力を供給することによって維持されていた。ワークを固着するこの方法に関する問題点は、溶接されるワークがきわめて薄くなったとき、または孔を含んでいたとき、ホーンおよびアンビルは物理的に互いに接触する可能性があったことである。ホーンがアンビルと接触したとき、電気的短絡回路エネルギー消費の突出がシステム中に生じた。ワークのスループット速度が増大すると、ホーン中に持ち込まれるエネルギーのレベルも増大し、ホーンおよびアンビルの接触中に生じたエネルギーの急増の周波数を指数関数的に増大させた。機械を過負荷状態にさせるこのようなエネルギーの急上昇は、機械を停止するほか、孔または脆い場所を製品に生じる可能性がある。したがって、機械が過負荷状態に陥られないようにするために、超音波ホーンによって持ち込まれる可能性があるエネルギーの量が制限された。その結果、適切な溶接を行うために、十分なエネルギーをワークに伝達させることができるように、ワークまたは製品のスループット速度を低減しなければならなかった。要するに、ホーンおよびアンビルが互いに接触した場合には、処理は非能率的になり、製品の損傷を生じた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この問題点を改善するために、超音波溶接システムは、アンビルとホーンとの間の間隔を維持するものが開発された。この間隔は一般に、ワークの厚さより小さかった。ホーンとアンビルとの間の間隔を維持すると同時に、製品における締め付け（または保持）力を供給する必要性は、ホーンおよびアンビルの両方用の大きくて頑丈な支持構造体を必要とした。ホーンおよびアンビルの両方の角度位置を互いに維持するために、支持構造体は必然的に剛性である。ホーンの面およびアンビルの面の位置ずれは、溶接不良を生じ、製品の低下を生じた。同様に、このタイプのシステムにおける間隔の距離を調整しようとする試みにより、許容可能でない程度の移動をシステムに持ち込む可能性があり、またしてもホーンの面およびアンビルの面の位置ずれを生じることになる。したがって、過度に大きい支持構造体を必要とすることなく、ホーンとアンビルとの間の間隔を維持し、アンビルに対するホーンの角度位置を維持するようなアンビルの隣に超音波ホーンを取付ける方法を提供することが望ましい。
【０００６】
本発明は、超音波ホーンを備える装置を包含している。ホーンは、支持構造体に取付けられ、第１の取付け面を備えている。アンビルは、支持構造体に取付けられ、超音波ホーンから離隔されている。アンビルは、第１の受け面を有する。受けアセンブリは、第１の取付け面を第１の受け面に支持可能であるように連結する。
【０００７】
本発明の別の態様は、超音波ホーンを支持構造体に固着することを含む超音波溶接ホーンを取付けるための方法を含む。ホーンは、溶接面および第１の取付け面を有する。プレス面および第１の受け面を有するアンビルは、プレス面が溶接面に隣接するように配置される。溶接面およびプレス面は、互いに対して偏倚される。連結構造体は、第１の受け面を第１の取付け面に連結し、プレス面および溶接面が接触しないようにする。
【０００８】
本発明は、以下に参照される図面に関してさらに説明する。尚、複数の図を通して、類似の構造体は、類似の参照符号で表される。
【０００９】
本発明のある特定の部分は、本発明のさまざまな態様を明確に示すために、他の部分と異なる比率で示されている可能性があることを理解すべきである。
これら図面は好ましい一実施形態について述べているが、明細書で述べたように、本発明の他の実施形態も考えられる。この開示は、例示によって本発明の具体的な実施形態を示しているが、限定されているわけではない。本発明の原理の範囲および精神を逸脱することなく、当業者は、さまざまな他の修正および実施形態を考案することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
超音波溶接装置の一実施形態が、図１に１０で示されている。超音波溶接装置１０は、少なくとも１つのホーンアセンブリ１２と、ホーンアセンブリガイド１４と、長手軸１７（図１において紙面に向かって延びるように示されている）を有するアンビルロール１６と、取付け板１８と、を含む。
【００１１】
ホーンアセンブリガイド１４およびアンビルロール（またはアンビルまたはロール）１６は、ホーンアセンブリ１２に含まれる超音波ホーン２０をアンビルロール１６に隣接するように配置するために、取付け板１８に取付けられる。作動中、ウェブ２２（溶接前は点線で示され、溶接後は実線で示されている）は、プレス面１９と超音波ホーン２０との間でアンビルロール１６の軸方向に延在しているプレス面１９に載るようにして溶接装置１０を通り抜ける。１つのホーンアセンブリ１２が示されているが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、任意の数を利用してもよい。面板２４がホーンアセンブリ１２の構造的支持のために設けられ、補剛ブレース２６を含んでもよい。
【００１２】
圧力システム３０（図１には点線で示される）は、超音波ホーン２０をアンビルロール１６の半径方向の内側に推進するために、ホーンアセンブリ１２と共に含まれている。別の実施形態において、アンビルをホーンの長手軸に対して推進するために、またはホーンおよびアンビルを互いに向かって同時に推進するために、圧力システムを用いることが可能である。この圧力システムは、当業者には公知であるような空気圧装置、機械装置（たとえば、歯車駆動式、またはねじジャッキ式）、または電子装置を利用することを伴う力を生成するためのさまざまな方法を利用することができる。
【００１３】
超音波ホーン１２は、図１Ａに示されているように、ホーンアセンブリガイド１４のトラック（または溝）３１ｂに沿って半径方向の内側に移動されることができる。当業者は、図示された装置がアンビルロール１６に対して各超音波ホーン２０を半径方向の内側に移動することができるようにするための典型的な１つの方法であり、さまざまな方法を用いることができることを理解するであろう。図示された実施形態において、カム従動子３１ａが、各ホーンアセンブリ１２に固着され、ホーンアセンブリガイド１４の溝３１ｂに挿入されている。溝３１ｂにおけるカム従動子３１ａの関係により、ホーンアセンブリ１２（ホーン２０を含む）をアンビル１６から半径方向に近づけたり遠ざけたりするように移動することができる。カム従動子３１ａおよび溝３１ｂは、ホーンアセンブリ１２が横方向（図１Ａを見た場合には紙面に向かったり紙面から出たりする方向および図１の矢印２９ｂの方向）に移動しないようにする。矢印２９ｃによって示される軸方向におけるホーンアセンブリ１２の移動は、一連の個別の軸受３１ｃによって制限される。軸受３１ｃは、ホーンアセンブリガイド１４上の停止面３１ｄに当接している。矢印２９ｃによって規定される軸を中心とするホーンアセンブリ１２の回転はまた、カム従動子３１ａによって抑制される。わずかな量の隙間が、溝３１ｂの内壁３１ｅとカム従動子３１ａとの間に設けられ、それにより、軸２９ｂ（図１参照）を中心とする長手方向に沿って各ホーンアセンブリ１２を回転（矢印２９ｅおよび矢印２９ｆ）することができる。停止面３１ｄは、ホーンアセンブリ１２の長手方向の回転を制限する。
【００１４】
受けリング３２は、アンビルロール１６の一部として含まれており、アンビルロール１６の半径方向に延在する面３４に（たとえば、ボルト締め、溶接などによって）取付けられる。図２において最もよく分かるように、受けリング３２は、アンビルロール１６と同心である。図２は、ホーンアセンブリ１２の断面図を示しており、本発明によって取付けられた任意のホーンアセンブリの代表例である。
【００１５】
受けリング３２は、アンビルロール１６の半径方向に延在する面３４から軸方向に延在しており、軸方向に延在する受け面３６を形成している。アンビルロール１６のプレス面１９および受けリング３２の受け面３６がそれぞれ、アンビルロール１６の長手軸１７に実質的に同心であるように、アンビルロール１６は機械加工される。さらに、プレス面１９と受け面３６との間の半径方向の距離（図２では参照符号３７によって示される）は、アンビル１６の回転位置に関係なく、実質的に一定の距離に維持される。この一定の距離は、約３．１６９インチ（８０．４９３ｍｍ）であることが好ましい。図示された実施形態はプレス面１９から放射方向に離隔された受け面３６を示しているが、プレス面１９に対してアンビルロール１６上の任意の場所（または受けリング３２などのアンビルロールを構成するアセンブリの任意の部品上）に受け面３６を配置することが可能であることを理解すべきである。
【００１６】
超音波ホーンの正確な構成は当業界で公知である複数の設計の１つであってもよいが、一実施形態において、ホーン２０は溶接部分２０ａおよび取付け（またはシャフト）部分２０ｂを含む。同様に、溶接面３８ａおよび取付け（または受け）面３８ｂにホーン２０の外面３８を分割することができる。図示された実施形態は、長手方向において取付け面３８ｂが溶接面３８ａの両側に配置されていることが示されているが、ホーン２０の任意の場所に取付け面を配置することができることを理解すべきである。さらに、任意の数の取付け面を用いることができる。ウェブ２２が超音波溶接装置１０を介して供給されるとき、ホーン２０の溶接面３８ａとアンビルロール１６のプレス面１９（当業者では公知であるように、一般にさまざまな表面隆起を有する）との間を通過し、ホーン２０とアンビル１６との間に締め付けられるときに、ホーン２０からウェブ２２に超音波エネルギーを伝達し、それによってウェブ２２を溶接する。圧力システム３０は、ホーンアセンブリ１２上で一定の力を維持し、ホーンフレーム４２（およびホーン２０）をアンビルロール１６の半径方向の内側に押すことによって、ウェブ２２上に圧縮（締付け）力を供給する。
【００１７】
ホーンフレーム４２は、ホーンアセンブリ１２の一部であり、ホーンアセンブリ１２に構造的な支持を与えるために取付け板１８に固着される。一実施形態において、圧力システム３０は、空気充填ブラダ３０Ａを利用して、ホーン２０をアンビル１６に対して半径方向の内側に指向する。ブラダ３０Ａの一方の側はホーンフレーム４２に取付けられ、ブラダ３０Ａの他方の側は支持物３９に取付けられる。支持物３９は、溶接装置１０を横断するように（図２を見たとき、紙面から出る方向）かつ取付け板１８に固着される軸方向（長手軸１７によって規定される）に延在する。空気（または他の流体）がブラダ３０Ａに導入されると、膨張して、支持物３９およびホーンフレーム４２を押し付けて、ホーンアセンブリ１２をアンビル１６に向けて押し付ける。
【００１８】
分離装置４０が、超音波ホーン２０のシャフト部分２０Ｂに接着される。分離装置４０は、ホーンフレーム４２および面板２４を含むホーンアセンブリの残りの部分からホーン２０の振動エネルギーを分離するために用いられる。分離装置の１つのタイプは、図２、３Ａおよび３Ｂに示されているような止めねじ型節点取付けである。止めねじ節点取付けは、調整可能であり、ウェブ２２に用いられることができる多種多様な材料に対応することができる。しかし、ある種の用途では他のタイプの分離装置が好ましい場合もあり、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明のシステムに用いることができる。他のタイプの分離装置の例としては、米国特許第５，６０３，４４５号明細書（ヒル（Ｈｉｌｌ）ら）、同第４，８０４，１３１号明細書（Ｃｏｒｄｅｍａｎｓ  ｄｅ  Ｍｅｕｌｅｎａｅｒら）、同第５，５９５，３２８号明細書（サフバフシュ（Ｓａｆａｂａｋｈｓｈ）ら）、同第５，４４３，２４０号明細書（カニンガム（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ））、同第５，３６４，００５号明細書（ウィーラン（Ｗｈｅｌａｎ）ら）、同第４，６４７，３３６号明細書（クーネン（Ｃｏｅｎｅｎ）ら）、同第５，４１１，１９５号明細書（山崎ら）、英国特許出願公開第２，２４３，０９２Ａ号明細書および独国特許第２，９２８，３６０号明細書に開示される節点取付けのほか、米国特許第５，９７６，３１６号明細書（ミリナー（Ｍｌｉｎａｒ）ら）、同第４，８８４，３３４号明細書（ハウザー（Ｈｏｕｓｅｒ）ら）、同第３，９５５，７４０号明細書（ショー（Ｓｈｏｈ））および特開平４−２６７１３０号明細書などの非節点取付けが挙げられるが、それらに限定されるわけではない。
【００１９】
歯車モータ４４が、ホーンフレーム４２に取付けられ、ホーンの長手軸４６を中心にしてホーン２０を回転するために用いられる。一般に、歯車モータ４４は、タイミングプーリ４８によってホーン２０と相互接続される。ホーンベアリング４９は、分離装置４０を中心にして周囲に配置され、ホーン２０および分離装置４０がホーンアセンブリ１２の残りの部分に対して回転することができるようにしている。
【００２０】
アンビル１６は、長手軸１７に沿ってアンビル１６を介して延在しているシャフト５０によって取付け板１８に固着される。シャフト５０は、回転源（図示せず）からアンビル１６にトルクを伝達する。一般に、ホーン２０の溶接面３８ａおよびアンビル１６の軸方向に延在するプレス面１９において実質的に同一の接線速度を提供するために、シャフト５０および歯車モータ４４の回転速度は同期している。したがって、ワーク材料（つまりウェブ２２）における抗力を最小限に抑える。シャフト５０はアンビル１６に対して回転可能に固定され、シャフト軸受５２はシャフト５０と取付け板１８との間に取付けられ、シャフト５０が取付け板１８によって支持されると同時に、取付け板１８に対してシャフト５０を依然として回転することができるようになっている。
【００２１】
図３Ａに示されているように、受けアセンブリ（または連結構造体）６０は、ホーン２０の取付け面３８ｂと受けリング３２上の受け面３６との間を連結する。受けアセンブリ６０は、アンビルロール１６の受け面３６および受けリング３２から、ホーン２０のシャフト部分２０ｂおよび取付け面３８ｂに存在するエネルギーを分離するために作用する。さらに、受けアセンブリ６０は、ホーン２０の取付け面３８ａおよびアンビルロール１６の受け面３６を支持可能に連結するように作用する。アンビルロール１６とホーン２０との間を直接的に支持連結することによって、ホーン２０の溶接面３８ａとアンビルロール１６のプレス面１９との間で、予め決定された離隔距離（または間隙）６２を維持することができる。一実施形態において、間隙６２は、用途に応じて、約０．００２５インチ（０．０６３５ｍｍ）〜約１インチ（２５．４ｍｍ）に設定される。図３Ａでは、間隙６２を明確に示すためにウェブを省略していることを理解されたい。さらに、図３Ａに記載された受けアセンブリ６０は、前述の他の受けアセンブリの代表例であることを理解すべきである。
【００２２】
前述したように、受けアセンブリ６０は、分離装置４０（止めねじ４１ａを有する）およびホーン軸受４９を含む。受けアセンブリ６０における強度および安定性を増大させるために、第１の支持リング６４が、分離装置４０の外面４１ｂを中心にして環状に配置され、圧入されている。ホーン軸受４９は、第１の支持リング６４を中心にして環状に配置され、圧入されている。軸受スペーサ６５は、第１の支持リング６４を中心にして環状に延在し、ホーン軸受４９の間に軸方向に配置されている。第２の支持リング６６はホーン軸受４９および軸受スペーサ６５を中心にして環状に延在し、ホーン軸受４９に圧入される。第１の支持リング６４および第２の支持リング６６は、軸受スペーサ６５と連動して、面板２４へのホーン軸受４９の取付けを容易にする。
【００２３】
偏心シャフト７０は、アンビル１６およびホーン２０の長手軸に平行な方向に、面板２４の開口部７１を介して横に延在する。偏心シャフト７０は、非アンビル端部７２およびアンビル端部７４を含む。偏心シャフト７０は、第１のシャフト径８０ａおよび第２のシャフト径８０ｂにおいて、偏心シャフト７０を中心にして環状に配置される第１のスラスト軸受７８ａおよび第２のスラスト軸受７８ｂによって支持される。第１のスラスト軸受８０ａおよび第２のスラスト軸受８０ｂは、面板２４内部に着座し、環状リム８２ａおよび８２ｂを含む。環状ショルダ８３ａおよび８３ｂは、開口部７１の内部に配置され、環状リム８２ａおよび８２ｂをそれぞれ中心にして当接している。開口部７１にスラスト軸受７８ａおよび７８ｂを固着するために、ねじ付きシャフトカラー７６は、偏心シャフト７０の非アンビル端部７２にねじで締められることが好ましい。したがって、環状ショルダ８３ａおよび８３ｂは、スラスト軸受７８ａおよび７８ｂと協働して、開口部７１内部における偏心シャフト７０の横方向の移動を抑制すると同時に、開口部７１内部で偏心シャフト７０を回転することができるようにする。カム従動子軸受８４は、偏心シャフト７０のアンビル端部７４を中心にして環状に圧入される。カム従動子軸受８４の従動子面８６は、受けリング３２の受け面３６と係合する。
【００２４】
作動中、ホーン２０（ホーンアセンブリ１２の一部として）は、圧力システム３０によって矢印９４の方向（図１および図２に関して前述した）であるアンビル１６に対して半径方向に推進される（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。したがって、面板２４、分離装置４０、第１の支持リング６４、第２の支持リング６６、軸受スペーサ６５、ホーン軸受４９、スラスト軸受７８ａおよび７８ｂ、偏心シャフト７０およびカム従動子軸受８４は、同様に内側に移動する。ホーン２０の回転は、ホーン軸受４９によって面板２４から分離される。超音波振動は、分離装置４０によって面板２４から分離される。
【００２５】
偏心シャフト７０が開口部７１で面板２４を介して延在するため、下向きの力がスラスト軸受７８ａおよび７８ｂを通り、偏心シャフト７０および最終的にはカム従動子軸受８４に伝達される。カム従動子軸受８４の従動子面８６は、受けリング３２の受け面３６と係合するまで移動され、カム従動子軸受８４がさらに内側に移動しないようにする。カム従動子軸受８４は、アンビル１６を受けアセンブリ６０に対して回転させることができる。したがって、後方に同一の関係経路が続き、一旦、カム従動子軸受８４の従動子面８６がアンビル１６の受け面３６と係合すると、ホーン２０を含むホーンアセンブリ１２は、矢印９４の方向におけるさらなる移動を抑制する。
【００２６】
受けアセンブリ６０の放射方向の離隔距離（すなわちホーン２０の取付け面３８ｂとアンビル１６の受け面３６との距離）は、ホーン２０の溶接面３８ａがアンビルのプレス面１９と係合する前に、ホーン２０の取付け面３８ｂがアンビル１６の受け面３６と係合するように設定される。これにより、ホーンアセンブリ１２からアンビル１６に直接半径方向の力を伝達することができると同時に、ホーン２０の溶接面３８ａとアンビルのプレス面１９との間の間隙６２（接触を防ぐ）を依然として維持することができる。
【００２７】
溶接面３８ａおよびプレス面１９の係合を防止することにより、前述したような溶接装置のエネルギーの突出および実質的な過負荷を防止するほか、ワークの損傷を防止する。同時に、ホーン２０およびアンビル１６が連続係合状態にあるため、溶接装置１０の支持システムの設計のほか、圧力システム３０を簡素化することができる。たとえば、ホーン２０はカム従動子軸受８４が受けリング３２に係合するまで内側に移動することができるため、圧力システム３０は、ウェブ２２の厚さの変動またはホーン２０またはアンビル１６の磨滅によって生じる任意の反力を十分に上回る程度の圧縮力をウェブ２２に供給するように設定されることができる。偏心回転を生じる中心からわずかにずれた軸を中心にして回転が生じるように、ホーンまたはアンビルが取付けられるときに、磨耗が生じる。溶接装置１０のさまざまな構成要素（たとえば、受けリング３２、ホーン２０、アンビルロール１６など）は、磨耗を低減するように一般に機械加工されるが、わずかな変動が依然として生じる可能性がある。ウェブの厚さまたはわずかな偏心によるこのような変動を克服するほか、そうでなければウェブにおける「孔」がアンビル１６およびホーン２０に接触させる（それによって過負荷状態を生じる）ような予め決定された距離を維持することにより、溶接装置１０はより高速で作動する（すなわち、ウェブがより高速のスループットで処理される）ことができる。言い換えれば、本発明の取付けシステムは、過負荷による中断時間を短縮するほか、従来の超音波溶接装置で得ることができるものより高いウェブのスループットで質的生産を行うことができる。
【００２８】
さらに、圧縮力がホーンとアンビルとの間に直接印加されるため、支持構造体（すなわち、前述したように取付け板１８）は、アンビルに対するホーンの軸方向の角度位置を維持する必要はない。その代わりに、この相対的な角度位置は、受けアセンブリによって維持される。その結果、ホーンおよびアンビルのための支持構造体は、（角度位置を保証する）著しい剛性を提供するように構築される必要はなく、サイズおよびコストを従来の間隙型超音波溶接システムで必要なサイズおよびコストより削減することができる。
【００２９】
ウォーム８８およびウォーム歯車９０（図５に関して後述する）は、偏心シャフト７０を作業者によって回転させることができ、受けアセンブリ６０を矢印９４の方向の半径方向の内側に推進するか、または受けアセンブリ６０を矢印９２の方向の半径方向の外側に移動させることができる。受けアセンブリ６０が半径方向の外側（矢印９２）に推進されるとき、ホーン２０は取付け面３８ｂで持ち上げられ、間隙６２が広くなる。カム従動子軸受８４を半径方向の内側（矢印９４）に移動させることができるとき、カム従動子軸受８４の従動面８６を受けリング３２の受け面３６に対して維持するために、圧力システム３０（図１および２に関して前述した）はホーン２０を半径方向の内側（矢印９４）に押し出す。図３Ｂに示されているように、ホーン２０の内側方向への移動は、間隙６２の距離を縮小する。
【００３０】
図４Ａは、偏心シャフト７０のアンビル端部７４から見た図であり、受けアセンブリ６０を半径方向の内側または外側に移動させる（すなわち、受けアセンブリ１０を「長くする」か、または「短くする」）ために、偏心シャフト７０を用いて示している。図示されているように、偏心シャフト７０は、偏心シャフト７０のアンビル端部７４（偏心端部）の中心を通るように配置された中心軸１００と、偏心シャフト７０が中心にして回転する長手軸１０４と、を有する。これらの軸間の距離は、一般に「シャフトの偏心率」と呼ばれる。図示されているように、偏心シャフト７０のアンビル端部（または偏心部分）の中心軸１００をシャフト７０の長手軸（または回転軸）１０４から半径方向の外側に位置決めするために、偏心シャフトを回転可能に配置することにより、受けリング３２の受け面３６から偏心シャフト７０の長手軸１０４までの第１の距離１０８を規定する。
【００３１】
偏心シャフト７０の中心軸１００がシャフト７０の長手軸１０４から半径方向の略内側に配置されるまで、作業者は図４Ｂに示されているように、長手軸１０４を中心にして偏心シャフト７０を回転することができる。このように偏心シャフト７０を回転することにより、受けリング３２の受け面３６から長手軸１０４までの第２のより大きな距離１１０を規定する。偏心シャフト７０の回転位置を変更することによって、第１の距離１０８（図４Ａに示される）から第２の距離１１０（図４Ｂに示される）まで、偏心シャフト７０の長手軸１０４と受けリング３２の上面１０６との間の距離を変更することができることが明白になるはずである。この距離は、可変距離１１２として規定されることができる。したがって、受けアセンブリ６０の「長さ」、または別の言い方をすれば、ホーン２０の取付け面３８ｂとアンビル１６の受け面３６との間で受けアセンブリ６０によって規定される距離は、可変であってもよい。作業者は、偏心シャフト７０を回転することによって受けアセンブリ６０の長さを変化させることができ、それによってホーン２０とアンビル１６との間の距離を変更する。これにより、作業者は、（図３Ａおよび３Ｂに関して前述したように）間隙６２のサイズを調整することができると同時に、アンビル１６とホーン２０との間の支持連結を依然として連続的に維持することができる。この構成において、可変距離１１２はまた、それによって間隙６２を調整することができ、シャフト７０の偏心率の２倍に等しい距離である。
【００３２】
図５は、偏心シャフト７０と共に用いられるウォーム８８およびウォーム歯車９０を示している。ウォーム８８は、作業者がウォーム８８を把持して回転しやすいようにするために接着されたつまみ１１４を有することが好ましい。ウォーム８８の歯は、ウォーム歯車９０の嵌合歯と嵌合している。ウォーム歯車９０は、偏心シャフト７０に回転可能に固定されるように、偏心シャフト７０を中心にして圧入またはピンなどで固定される。つまみ１１４をひねることによって、つまみ１１４が回転される方向に応じて、ウォーム８８のねじ山がウォーム歯車９０および偏心シャフト７０を（図５を見た場合の）時計方向または反時計方向に推進する。このようにして、作業者は、溶接装置１０を取外すことなく、間隙６２を調整することができる。（図２に示されているように）ホーン２０の対向する端部で受けアセンブリ６０の長さを調整することによって、作業者は、（すなわち機械加工公差などによる）ホーン２０またはアンビル１６の寸法の任意の変動を手動で補償することができる。言い換えれば、作業者は、アンビル１６のプレス面１９に対するホーン１６の溶接面３８ａの角度関係を調整するために、（図１Ａに関して述べたように）ホーンアセンブリ１２をその長手軸に沿ってわずかに回転することができる。
【００３３】
調整に関する一実施形態が受けアセンブリ６０に関して述べてきたが、特許請求の範囲の精神および範囲を逸脱することなく、他の調整方法（たとえば、テーパ（楔）ブロック、交換可能なシム、レバーアーム、差動ねじ、熱膨張など）を用いることが可能であることを当業者は理解されたい。実際に、受けアセンブリ６０の長さを調整するために用いられる装置は、ホーンの面と接触するか、またはアンビルの面と直接接触するのに対して、受けアセンブリの中ほどで接触するように、受けアセンブリ６０を再構成することができる。
【００３４】
さらに、本発明は回転ホーンおよびアンビルを利用する連続溶接工程に関して説明したが、特許請求の範囲の精神および範囲を逸脱することなく、他のタイプの超音波溶接装置を用いることができる（たとえば、バーホーンを用いた走査溶接など）。
【００３５】
本発明は好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者は、特許請求の範囲の精神および範囲を逸脱することなく、形態および詳細に変更を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】超音波溶接システムの立面図である。
【図１Ａ】図１の線１Ａ−１Ａに沿った超音波溶接システムのガイド部分の断面図である。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３Ａ】図２の参照符号３によって示される領域の詳細図である。
【図３Ｂ】図３Ａと同様の図であるが、この図ではホーンの溶接面とアンビルのプレス面との間の間隙が広い。
【図４Ａ】偏心シャフトのアンビル端部から取った受けアセンブリの部分の立面図である。
【図４Ｂ】偏心シャフトのアンビル端部から取った受けアセンブリの部分の立面図である。
【図５】受けアセンブリの断面図である。
【国際公開パンフレット】
2005503265.tif 000003
2005503265.tif 000004
2005503265.tif 000005
2005503265.tif 000006
2005503265.tif 000007
2005503265.tif 000008
2005503265.tif 000009
2005503265.tif 000010
2005503265.tif 000011
2005503265.tif 000012
2005503265.tif 000013
2005503265.tif 000014
2005503265.tif 000015
2005503265.tif 000016
2005503265.tif 000017
2005503265.tif 000018
2005503265.tif 000019
2005503265.tif 000020
2005503265.tif 000021
2005503265.tif 000022
2005503265.tif 000023
2005503265.tif 000024
2005503265.tif 000025
2005503265.tif 000026
2005503265.tif 000027
2005503265.tif 000028
2005503265.tif 000029
【国際調査報告】
2005503265.tif 000030
2005503265.tif 000031
2005503265.tif 000032