(57)【要約】固定された主本体と、主本体に対して相対的に移動するように主本体に関連付けられた往復台と、固定された主本体に連結され及び加工物に係合するように適合された第一のプレートと、往復台と共に移動するように往復台に連結された第二のプレートとを備えるシミュレーションプレスが提供される。第二のプレートも、加工物に係合するように適合されている。１つ以上のモータ装置が、主本体に対して相対的な移動を往復台にもたらすために、固定された主本体と往復台に連結されている。１つ以上のフィードバックセンサーからのフィードバックに応じてモータ装置の作動を制御するために、駆動制御器がモータ装置に接続されていて、第一及び第二のプレートが加工物上の少なくとも１つのポイントサイトに係合するように、第二のプレートを第一のプレートに対して相対的に移動させて、ニップ型加工における加工物上のポイントサイトへの圧縮荷重をシミュレーションするようになっている。
2006507165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シミュレーションプレスであって、
固定された主本体と、
前記主本体に対して相対的に移動するように前記主本体に関連付けられた往復台と、
前記固定された主本体に連結され、及び少なくとも１つの層を含む加工物に係合するように適合された第一のプレートと、
前記往復台と共に移動するように前記往復台に連結された第二のプレートであって、前記第二のプレートがやはり前記加工物に係合するように適合されたものである第二のプレートと、
前記主本体に対する相対的な移動を前記往復台にもたらすための、前記固定された主本体及び前記往復台に連結された少なくとも１つのモータ装置と、
少なくとも１つのフィードバックセンサーからのフィードバックに応じて前記少なくとも１つのモータ装置の作動を制御するための、前記少なくとも１つのモータ装置に接続された駆動制御器であって、前記第一及び第二のプレートが前記加工物上の少なくとも１つのポイントサイトに係合するように、前記第二のプレートを前記第一のプレートに対して相対的に移動させて、ニップ型加工における加工物上のポイントサイトへの圧縮荷重をシミュレーションするようにした駆動制御器とを備える、シミュレーションプレス。
【請求項２】
前記少なくとも１つのモータ装置が、少なくとも１つのサーボリニアモータを含む、請求項１に記載のシミュレーションプレス。
【請求項３】
前記少なくとも１つのモータ装置が、前記駆動制御器と前記少なくとも１つのサーボリニアモータとに連結された少なくとも１つの増幅器を更に含む、請求項２に記載のシミュレーションプレス。
【請求項４】
前記往復台が、前記固定された主本体に対して相対的に直線往復運動をする、請求項１に記載のシミュレーションプレス。
【請求項５】
前記第一のプレートが、連結構造体を介して前記固定された主本体に連結され、前記連結構造体は、前記加工物が前記第一及び第二のプレートにより係合される間に発生する力を感知するための少なくとも１つの力センサーを含み、前記制御器が、前記少なくとも１つの力センサーにより感知された力に応じて、前記少なくとも１つのモータ装置により発生される力を増加させ、前記少なくとも１つの力センサーは前記少なくとも１つのフィードバックセンサーを含む、請求項１に記載のシミュレーションプレス。
【請求項６】
前記少なくとも１つの力センサーが少なくとも１つのロードセルを含む、請求項５に記載のシミュレーションプレス。
【請求項７】
前記少なくとも１つのフィードバックセンサーが、前記固定された主本体に連結されたリニアエンコーダ読み取りヘッド及び前記往復台に連結されたセンサーストリップを更に含み、前記読み取りヘッドが、前記センサーストリップから位置値を読み取り、及び対応する信号を前記制御器に向けて発生する、請求項６に記載のシミュレーションプレス。
【請求項８】
予め定められた離散時間間隔及び対応する往復台位置が前記制御器に提供され、並びに前記制御器が、前記制御器に提供された前記往復台位置に基づき、及び前記読み取りヘッド及び前記少なくとも１つのロードセルにより発生される信号に応じて、前記往復台の移動を制御するために、前記少なくとも１つのモータ装置の作動を制御する、請求項７に記載のシミュレーションプレス。
【請求項９】
前記往復台位置の少なくとも一部が、次の式により決定され、
【数１】
2006507165.tif 000045
ここで、
ＥＭは、前記ポイントサイトが前記第二のプレート上の突出部と前記第一のプレートの外側表面とにより圧縮される量に等しく、
Ｇは、圧縮された材料の厚さに等しく、
Ｄｉは、第一及び第二のロールの直径に等しく、
ｔは、プロセス時刻に等しく、及び０〜（Ｔ１＋Ｔ２）の値を有し、並びに
Ｔ＝Ｔ１＝Ｔ２は、前記加工物ポイントサイトが前記第二のプレート上の前記突出部と前記第一のプレートの前記外側表面とにより係合される総時間の１／２に等しいものである、請求項８に記載のシミュレーションプレス。
【請求項１０】
前記固定された主本体が、
外側支持部材と、
前記外側支持部材に関連付けられた一対のＬ形状制限部材と、
ばね荷重付加プレートと、
前記ばね荷重付加プレートの位置を調節するための、前記外側支持部材と前記ばね荷重付加プレートとに関連付けられた少なくとも１つの調節部材とを含む、請求項６に記載のシミュレーションプレス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
低ひずみの活性化操作をシミュレーションするためのプレス、例えばＰＣＴ国際出願公開ＷＯ９９／５６６８５にて議論されているものなどを使用することは、当技術分野において既知である。そのプレスは、第一の歯を有する静止した第一のプレートと、第二の歯を有する第二のプレートと、第二のプレートが連結された可動ラムと、ラムに連結された回転サーボモータと、第二のプレートを第一のプレートに向かって移動させて、加工物が第一及び第二のプレートの歯により係合されるように、回転サーボモータの作動を制御するための制御器とを備えていた。そのプレスは、ラム、プレート、又はモータに関する位置若しくは力の情報などのフィードバック情報を制御器に提供するための、いかなる種類のセンサーも含んでいなかった。それにそのプレスは、溶融結合操作のシミュレーションにも使用されなかった。
【０００２】
米国特許第４，８５４，９８４号及び第４，９１９，７３８号は、熱可塑性層を加工物層の少なくとも１つが含む、複数の加工物層の一部を共に結合するための結合装置を開示しており、その開示を参考として本明細書に組み込む。その装置は、パターン付きのシリンダー２２と、アンビルシリンダー２４と、シリンダー２２及び２４をともに調節して片寄らせるための手段２６とを備える。パターン付きシリンダー２２には、「シリンダーの各端部の周囲回りに延びる鋸歯形パターンの突出部５１」が設けられている（特許第４，８５４，９８４号の第４列６５〜６７行を参照）。
【０００３】
技術者／技能者が速やかに且つ比較的安価に加工物／ウェブ材料を試験して、複数の突出部をその１つが設けられた第一及び第二のロールを使用してもたらされる溶融結合操作などのニップ型加工において、そのような加工物／ウェブ材料のポイントサイト上への圧縮荷重の影響を決定することが可能なシミュレーション装置は、今のところ知られていない。その代わりに、ニップ型加工を実施するための装置、例えば第一及び第二の溶融結合ロールを備えて、それらのロールの間に加工物を通して試験操作の実施が可能な装置などが、構成されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それ故に、溶融結合操作などのニップ型加工における加工物上のポイントサイトへの圧縮加重をシミュレーションするための装置が必要とされる。
【課題を解決しようとする手段】
【０００５】
この必要性は本発明により満たされるものであり、そこでは、溶融結合操作などのニップ型加工における加工物上のポイントサイトへの圧縮荷重をシミュレーションするためのプレスが提供される。この装置によって、技術者／作業者が、速やか且つ比較的安価に加工物／ウェブ材料を試験して、ニップ型加工におけるそのような加工物／ウェブ材料のポイントサイト上への圧縮力の影響を決定することが可能になる。やはり提供されるのは、ニップ型加工における加工物上のポイントサイトへの圧縮荷重をシミュレーションする方法であって、それは、少なくとも１つの層を含む加工物を提供する段階と、実質的に平面状表面を有する第一のプレートを提供する段階と、少なくとも１つの突出部を有する第二のプレートを提供する段階と、平面状表面と突出部が加工物上のポイントサイトを圧縮するように、第一及び第二のプレートの１つを第一及び第二のプレートの他方に対して相対的に移動させて、ニップ型加工における加工物上のポイントサイトへの圧縮荷重をシミュレーションするようにする段階とを含む。第一のプレート及び突出部を含む第二のプレートは、試験する加工物の溶融温度未満の温度に加熱してもよい。更に、加工物ポイントサイトの圧縮荷重試験の間に収集したデータを使用して、「加工物ポイントサイト単位面積当り加重に対する加工物サンプルの圧縮パーセント」曲線を生み出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ニップ型加工における加工物／ウェブ材料上の複数のポイントサイト又は分離位置の上に圧縮加重をもたらすための、例えば米国特許第４，８５４，９８４号及び第４，９１９，７３８号で開示された溶融結合加工などの加工が既知であり、その開示を参考として本明細書に組み込む。そのような加工は、熱可塑性複層ウェブ材料などの加工物Ｗを、ロール２２、２４により画定されるニップＮ中に通すことを伴い、第一のロール２２には複数の突出部２５が設けられている（図１Ａ参照）。ポイントサイトＷＰＳにおいて突出部２５で加工物／ウェブ材料を圧縮することにより、それらのサイトで摩擦接合がもたらされる。すなわち、各ポイントサイトＷＰＳの材料が、突出部２５により充分な圧力及び充分な速度で圧縮されるので、各ポイントサイトＷＰＳの材料には、流動及び融解が引き起される。加工物／ウェブ材料が２つ以上の層を含む場合、それらの層は、それぞれのサイトで相互に結合される。加工物材料の例は、熱可塑性ウェブ、フィルムなど、例えばポリエチレンウェブ、フィルムなどを含み、その材料は、厚さが約０．０５ｍｍ〜約５ｍｍの単一層材料、厚さが約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの複層材料、又は３層以上の材料を含んでもよい。いずれの場合でも、加工物Ｗの少なくとも一部は、熱可塑性材料を含むのが好ましい。
【０００７】
本発明に従って構成された装置１０が、図１に示され、及び例えば一対の溶融結合ロール２２、２４により加工物Ｗ上に実施される仕事を、模写するように機能する。装置１０は、実質的に平面状の外側表面１０２（図１、５及び８参照）を有する概ね静止の第一のプレート１００と、実質的に平面状の外側表面２０４（図２Ａ、３Ａ及び８参照）から延びる突出部２０２（図１には示さず）を有する、直線的に移動可能な第二のプレート２００とを備える。突出部２０２は、Ｘ方向（図８参照）の長さ約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ、及びＹ方向に約１ｍｍ〜約５ｍｍの直径を有する遠位端部２０２ａを有する。
【０００８】
本発明の装置１０によって、技術者／技能者が、速やかに且つ比較的安価に加工物／ウェブ材料を試験して、ニップ型加工におけるそのような加工物／ウェブ材料のポイントサイト上への圧縮荷重の影響、例えば複数の突出部をその１つが設けられた第一及び第二のロールを使用してもたらされる溶融結合操作などを決定することが可能になる。
【０００９】
装置１０は、追加的に、下側部分２２と、下側部分２２に固定して連結された上側部分２４とを含む、固定された主本体２０を備える（図１、２Ａ及び２Ｂ参照）。装置１０は更に、主本体２０の下側及び上側部分２２及び２４により画定される空洞２６内に配置された主本体部分３４を含む、直線往復運動をする往復台３０を備える（図２Ａ、図２Ｃ、及び図２Ｄ〜２Ｇ参照、図２Ｃにおいては、往復台３０を示すために上側部分２４を下側部分２２から外しており、図２Ｄ〜２Ｇにおいては、主本体部分３４だけを示す）。
【００１０】
往復台３０は、往復台主本体部分３４の一部を形成する一対のウィング３４ｃに取り付けられた従来型リニア軸受３２を介して、第一及び第二のレール２８ａ及び２８ｂに沿って移動する（図２Ａ、２Ｃ、２Ｄ、並びに３Ａ及び３Ｂ参照）。往復台３０の往復運動は、全てが連係して作動する８台の別個のサーボリニアモータ４０によりもたらされ、このモータ４０は、ロックウェルインターナショナル社（Rockwell International Corporation）から製品表記「ＬＥＣ−Ｓ−４Ｐ」として購入可能である。各サーボモータ４０は、金属Ｕ字形状要素４２ａを含み、そのＵ字形状空洞の中に取り付けられて実質的にその全長を延びる複数の磁石４２ｂを有する概ねＵ字形状の第一の部材４２（図２Ａ及び４参照）と、金属支持プレートを含み、支持プレートの周りに巻かれてその長さに沿って延びる複数のコイルを有する移動可能な第二の部材４３（図２Ｈ及び２Ｉ参照）とを備える。第一の部材４２の内の４つは、主本体２０の上側部分２４の内面２４ａに固定して連結され（図２Ａ参照）、一方、残りの４つの第一の部材（図示せず）は、往復台３０の真下で主本体２０の下側部分２２の上面（図示せず）に固定して連結されている。第二の部材４３の内の４つは、往復台主本体部分３４の主プレート３４ｄの上側部分３４ａに固定して連結され、一方、残りの４つの第二の部材（図示せず）は、往復台主本体部分３４の主プレート３４ｄの下側部分３４ｂに固定して連結されている。４つのポリマー支持プレート４４が、主プレート３４ｄの上側部分３４ａに取り付けられ（図２Ａ参照）、及び４つのポリマー支持プレート（図示せず）が、主プレート３４ｄの下側部分３４ｂに取り付けられている。往復台主本体部分３４の主プレート３４ｄの上側及び下側部分３４ａ及び３４ｂに固定して連結されたモータの第二の部材４３は、ポリマープレート４４と同列に取り付けられている（図２Ｈ参照）。モータ４０を作動させると、それぞれの第二の部材４３が、その対応する第一の部材４２に対して相対的に移動し、その結果、往復台３０が、固定された主本体２０に対して相対的に直線移動する。図示の実施形態では、モータ４０は、＋／−３ｍ／ｓまでの速度及び＋／−１９６ｍ／ｓ２までの加速度で往復台３０を移動させることが可能であり、並びに約＋／−２０，０００Ｎまでの荷重力、すなわち加工物Ｗ及び第一のプレート１００に対して突出部２０２により付加される力を、往復台３０に発生させる。
【００１１】
駆動制御器３００が、モータ４０の作動を制御するために設けられており（図９参照）、デルタタウ社（Delta Tau Corporation）から製品指定「ターボ（Turbo）ＰＭＡＣ２−ＰＣ」として購入可能である。駆動制御器３００は駆動信号を生成し、これが第一及び第二の増幅器３６０ａ及び３６０ｂにより受信される。増幅器３６０ａ及び３６０ｂは、デルタタウ社（Delta Tau Corporation）から製品指定「クアドアンプ（Quad Amp）」として購入可能である。各増幅器３６０ａ、３６０ｂは、４台のサーボモータ４０に接続される。制御器３００からの駆動信号の受信に応じて、各増幅器３６０ａ、３６０ｂは、その対応する４台のモータ４０に対して実質的に同一の駆動制御信号を生成する。
【００１２】
往復台３０の固定主本体２０に対する位置は、固定主本体２０の上側部分２４に連結されたリニアエンコーダ読み取りヘッド４１０（図２Ａ参照）により感知され、リニアエンコーダ読み取りヘッドは、往復台３０と共に移動するように往復台３０に取り付けられた対応するセンサーストリップ４１２から位置値を読み取る。
【００１３】
往復台３０は更に、冷却プレート３６及び加熱プレート３８を備える（図２Ａ、３Ａ及び８参照）。第二のプレート２００が、ボルトなどにより加熱プレート３８に直接取り付けられる。プレート３８は、一対の抵抗加熱器３８ａにより加熱される（図２Ａ及び３Ａ参照）。プレート３８の温度は、熱電対３８ｂにより検知され、これが、加熱器制御器３２０に対して温度信号を生成する（図２Ａ及び９Ａ参照）。加熱器制御器３２０は、プレート３８を所望の温度に、例えばほぼ周囲温度から約１６０℃までに維持するように、抵抗加熱器３８ａの活性化を制御する。冷却プレート３６は、プレート３６を通って循環する空気により冷却される。空気は、管継手３６ａを介してプレート３６に連結された一対の空気ラインでプレート３６に供給される（図３Ａ参照）。冷却プレート３６は、加熱プレート３８から往復台主本体部分３４へ伝達される熱の形態のエネルギーを減少する。
【００１４】
一対のばねで偏倚されたリアバンパー５０が設けられて、往復台３０が第一のプレート１００から離れる方向へ移動するのを制限する（図１参照）。
【００１５】
図１を再び参照して、主本体２０の下側部分２２は、外側支持部材２２ａを備える。図示する実施形態において、支持部材２２ａを貫いて延びるのは、４つのねじ付きボア（図示せず）であり、それぞれに対応するねじ付きロッド６０が設けられている（図６及び７参照）。外側支持部材２２ａには、一対のＬ形状位置制限部材２２ｂ及び２２ｃが固定して連結されている。ばね荷重付加プレート７０が、部材２２ｂと２２ｃの間に受け入れられて、ねじ付きロッド６０に当接する。ばね荷重受領ベースプレート７２も、部材２２ｂと２２ｃの間に受け入れられて、複数の圧縮ばね７４により制限部材２２ｂ及び２２ｃの腕部分２２ｄに当って片寄らされている（図５〜７、及び６Ａ参照）。一対の整列ロッド７２ａが、プレート７２から延びて、ばね荷重付加プレート７０内に設けられたリニア軸受７０ａ並びに支持部材２２ａ内に設けられたリニア軸受（図示せず）の中を通る（図７参照）。ばね７４が、ばね荷重受領プレート７２から延びる対応するロッド上に取り付けられる。ばね７４がその周りに取り付けられたロッドを受け入れるためのボアが、ばね荷重付加プレート７０の中に設けられる。ばね荷重付加プレート７０の位置は、ねじ付きロッド６０の位置を調節することにより変化させて、ばね７４によりプレート７２に対して付加される偏倚力を調節することができる。図示する実施形態では、約１２個のばね７４が設けられていて、約７０００ｌｂ（３１，０００Ｎ）の力をばね荷重受領プレート７２に対して付加する。
【００１６】
冷却プレート８０が、ばね荷重受領プレート７２にボルト（図示せず）で固定して連結されている（図５〜７、及び６Ａ参照）。加熱プレート８２が、冷却プレート８０に予荷重ねじで固定して取り付けられている。冷却プレート８０と加熱プレート８２の間には、複数の圧電ロードセル８４が配置されており（図示実施形態では４つ、図６Ａ及び７参照）、これらは加熱プレート８２を冷却プレート８０に結合する予荷重ねじと共に、キスラーインスツルメンツ社（Kistler Instrument Corporation）から「ロードワッシャー及び予荷重ねじ（Load Washer and Preload Screw）、モデル番号９０３１」の製品指定で購入可能である。ロードセル８４により生成される信号は、合計器８４ａに提供され（図９参照）、これは、キスラーインスツルメンツ社（Kistler Instrument Corporation）から「４連結コネクタ（4-Gang Connector）モデル番号１０７Ｂ」の製品指定で購入可能である。合計器８４ａは、４つのロードセル８４により生成された信号を合成して、増幅器８４ｂに向けて単一の力信号を生成する機能をする。増幅器８４ｂは、キスラー社（Kistler Corporation）から「デュアルチャージ増幅器（Dual Charge Amplifier）モデル番号５０１０Ｂ」の製品指定で購入可能である。増幅された力信号が、増幅器８４ｂにより制御器３００に向けて生成され、及びこれは、第一及び第二のプレート１００及び２００がウェブ材料サンプルＳと係合する結果として冷却プレート８０によりロードセル８４に直接付加された合力を表わす。加熱プレート８２をプレート８０に連結している予荷重ねじは、ロードセル８４の中心穴を通って延びる。
【００１７】
第一のプレート１００（図５に示す、図６、７及び６Ａには示さず）は、ボルト（図示せず）などにより加熱プレート８２に直接取り付けられる。プレート８２は、一対の抵抗加熱器８２ａにより加熱される（図５、６及び６Ａ参照）。熱電対８２ｂが、プレート８２の温度を検知して、制御器３２０に向けて温度信号を生成する（図６、６Ａ及び９Ａ参照）。加熱器制御器３２０は、プレート８０を所望の温度に、例えばほぼ周囲温度から約１６０℃までに維持するように、抵抗加熱器８２ａの活性化を制御する。冷却プレート８０は、プレート８０を通る空気循環により冷却される。空気は、管継手８０ａを介してプレート８０に連結された一対の空気ラインによりプレート８０に供給される。冷却プレート８０は、加熱プレート８２からばね荷重受領プレート７２へ伝達される熱の形態のエネルギーを減少する。
【００１８】
往復台３０が第一のプレート１００に向かって過走行するのに起因して第一及び第二のプレート１００及び２００を損傷するのを防止するために、センサー配置が設けられている。これは、制限部材２２Ｃに取り付けられたマイクロスィッチ９４と、ばね荷重受領プレート７２に固定して取り付けられた作動装置９６とを含む（図６及び７参照）。マイクロスィッチ９４は、制御器３００に接続されている（図９参照）。往復台３０の過走行が生じた場合、第二のプレート２００上の突出部２０２が、第一プレートの１００と係合する。突出部２０２により第一のプレート１００ひいてはばね荷重受領プレート７２に対して付加される力が、圧縮ばね７４によりプレート７２に対して付加される偏倚力を超えると、プレート７２は、ばね荷重付加プレート７０の方向へ移動して、作動装置９６にスイッチ９４を作動させ、これが今度は、対応する信号を制御器３００に向かって生成する。制御器３００は、それに応じて、往復台３０を駆動しているモータ４０への電力を遮断する。
【００１９】
溶融結合操作の間、それぞれの突出部２５及び係合する又は第二のロール２４の対応するセクション２４ａ（図１Ａ参照）は、ポイントサイトＷＰＳにおいて材料の流動又は溶融を引き起すようにするのに充分な加工物材料の融点未満の温度に及び充分な速度で、加工物Ｗ上のポイントサイトＷＰＳを十分な量で圧縮する。加工物Ｗが２つ以上の材料層を含む場合、それらの層は、共に接合される。溶融結合操作の間、突出部２５及び対応セクション２４ａは、実質的に周囲温度に等しくても、又は周囲温度より上に例えば約１６０℃まで加熱されてもよいことを特記する。
【００２０】
材料ウェブなどの加工物Ｗ上のポイントサイトＷＰＳは、ロール２２、２４により画定されるニップＮの中を速度Ｖｗで移動し、及びニップＮ中を移動する時に時間２Ｔの間、突出部２５と第二のロール２４の対応セクション２４ａとにより係合される。加工物Ｗ上の所与のポイントサイトＷＰＳが突出部２５と第二ロール２４の対応セクション２４ａとにより係合される総係合時間の１／２は、次の式により決定可能である。
【数１】
2006507165.tif 000003
【００２１】
ここで、
ＥＭは、ポイントサイトＷＰＳが当初厚さＭＴから最終厚さＧまで突出部２５と第二のロール２４の対応セクション２４ａとにより圧縮される量に等しく（図１Ａ参照）、
Ｄ１は、第一及び第二のロール２２及び２４の直径に等しく（ロール２２及び２４は同一直径であると仮定し、更に一対の突出部２５の長さはロール２２の直径に含まれると仮定する）、並びに
Ｖｗは、加工物の速度に等しい。
【００２２】
突出部２５が加工物Ｗと最初に接触する時に第二のロール２４上の対応セクション２４ａに対して相対的なロール２２上の突出部２５の当初位置Ｐｉｌは、突出部２０２が加工物Ｗと最初に接触する時に第一プレート１００上の外側表面１０２に対して相対的な装置１０の第二プレート２００上の突出部２０２の当初位置に等しく、次の式により決定可能である。
【数２】
2006507165.tif 000004
【００２３】
ここで、
ＥＭは、ポイントサイトＷＰＳが突出部２５と第二のロール２４の対応セクション２４ａとにより圧縮される量に等しく、及びポイントサイトＷＰＳが第二プレート２００の突出部２０２と第一プレート１００の外側表面１０２とにより圧縮される量にも等しく、
Ｄ１は、第一及び第二のロール２２及び２４の直径に等しく、及び
Ｇは、加工物ポイントサイトＷＰＳの最終圧縮厚さに等しい（図１Ａ参照）。
【００２４】
突出部２５が加工物Ｗと最初に接触する時の第二のロール２４上の対応セクション２４ａに対して相対的なロール２２上の突出部２５の当初突出部速度Ｖｉｌは、突出部２０２が加工物Ｗと最初に接触する時の第一プレート１００上の外側表面１０２に対して相対的な装置１０の第二プレート２００上の突出部２０２の当初速度に等しく、次の式により決定可能である。
【数３】
2006507165.tif 000005
【００２５】
ここで、
ＥＭは、ポイントサイトＷＰＳが突出部２５と第二のロール２４の対応セクション２４ａとにより圧縮される量に等しく、及びポイントサイトＷＰＳが第二プレート２００の突出部２０２と第一プレート１００の外側表面１０２とにより圧縮される量にも等しく、
Ｄ１は、第一及び第二のロール２２及び２４の直径に等しく、及び
Ｔは、加工物Ｗ上のポイントサイトＷＰＳが第一ロール突出部２５と第二ロール２４の対応セクション２４ａとにより係合される総係合時間の１／２に等しく、これは加工物Ｗ上のポイントサイトＷＰＳが第二プレート２００上の突出部２０２と第一プレート１００の外側表面１０２とにより係合される総係合時間の１／２に等しい。
【００２６】
突出部２５が加工物Ｗと最初に接触する時の第二ロール２４上の対応セクション２４ａに対して相対的なロール２２上の突出部２５の当初突出部加速度Ａｉｌは、突出部２０２が加工物Ｗと最初に接触する時の第一プレート１００上の外側表面１０２に対して相対的な装置１０の第二プレート２００上の突出部２０２の当初加速度に等しく、次の式により決定可能である。
【数４】
2006507165.tif 000006
【００２７】
ここで、
ＥＭは、ポイントサイトＷＰＳが突出部２５と第二ロール２４の対応セクション２４ａとにより圧縮される量、又はポイントサイトＷＰＳが第二プレート２００上の突出部２０２と第一プレート１００の外側表面１０２とにより圧縮される量に等しく、
Ｄ１は、第一及び第二のロール２２及び２４の直径に等しく、及び
Ｔは、加工物Ｗ上のポイントサイトＷＰＳが突出部２５と第二ロール２４の対応セクション２４ａとにより係合される総係合時間の１／２、又は加工物Ｗ上のポイントサイトＷＰＳが第二プレート２００上の突出部２０２と第一プレート１００の外側表面１０２とにより係合される総係合時間の１／２に等しい。
【００２８】
溶融結合加工は、本発明の装置１０により次の方法でシミュレーションされる。
【００２９】
シミュレーションを走らせる前に、シミュレーションする溶融結合操作に関する次のパラメータが技術者／作業者により定義される。所望の加工物速度Ｖｗ、すなわち一対の第一ロール２２と第二ロール２４の間を通される場合に加工物Ｗが走行する速度；第一及び第二のロール２２、２４の直径Ｄｉ並びにポイントサイトＷＰＳが第一ロール突出部２５と第二ロール２４の対応セクション２４ａとにより圧縮される量ＥＭ、すなわち加工物当初厚さＭＴ−加工物最終厚さＧ。
【００３０】
上記のように、第一のプレート１００には、実質的に平面状の外側表面１０２が設けられ、第二のプレート２００には、実質的に平面状の外側表面２０４から延びる突出部２０２が設けられている（図２Ａ、３Ａ、５及び８参照）。
【００３１】
試験する加工物Ｗの実質的に長方形のサンプルＳが、テープ（図示せず）などにより第一プレート１００の外側表面１０２に固定される（図８参照）。加工物Ｗは、１つ以上の層を有してもよく、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍの組合せ厚さすなわち全ての層を組合せた厚さを有してもよく、及び熱可塑性材料を含んでもよい。加工物サンプルＳが突出部２０２と係合する前に、サンプルＳは、第二プレート２００上の突出部２０２が加工物サンプルＳに丁度隣接するような位置に往復台３０を移動させることにより、既定義温度に、例えばほぼ周囲温度から約１６０℃までの温度に加熱されてもよい。上記のように、加熱器制御器３２０が、加熱プレート３８及び８２を既定義温度に維持する。サンプルＳは、予め定められた温度に制御された加熱プレート３８及び８２を有する第一プレート１００と第二プレート２００の間にサンプルＳを既定義時間保持することにより、所望の温度に加熱可能である。
【００３２】
駆動制御器３００が、ロードセル８４及びリニアエンコーダ読み取りヘッド４１０により生成されるフィードバックに従って、サーボリニアモータ４０の作動を制御する（図９参照）。制御器３００は、第二プレート突出部２０２が第一プレート外側表面１０２と連係してサンプルＳ上のポイントサイトＷＰＳを所望の厚さＧに圧縮するように、モータ４０に往復台３０を定位置から第一プレート１００に向かって駆動させる。第二のプレート２００が第一のプレート１００に対して相対的な既定義位置に移動して、突出部２０２と第一のプレート１００がポイントサイトＷＰＳを所望の厚さＧまで圧縮するようにした後、制御器３００は、次に、第二プレート２００上の突出部２０２がサンプルＳとの係合から離れるように、及び更に往復台３０がその定位置に戻るように、モータ４０に往復台３０を第一プレート１００から離れる方向へ駆動させる。図示する実施形態では、往復台３０の定位置から第二プレート２００上の突出部２０２が第一プレート外側表面１０２から間隔をおいて既定義最内場所になる位置への往復台３０の移動は、４つの別個のセグメント、前向き加速セグメント、前向き線形セグメント、前向き遷移セグメント及び前向き係合セグメントに分割される。更に、第二プレート２００上の突出部２０２が第一プレート外側表面１０２から間隔をおいて所望の場所にある位置からその定位置へ戻る往復台３０の移動は、４つの別個のセグメント、係合解除セグメント、逆遷移セグメント、逆線形セグメント及び逆加速セグメントに分割される。
【００３３】
８つのセグメントのそれぞれは、複数の等しい離散時間間隔、例えば３００マイクロ秒を含む。例えば、８つのセグメントを実行するのに必要な総時間が決定されると、次に総時間は、駆動制御器３００が溶融結合シミュレーション作業の間に処理可能な制御点の既定義数例えば７９９０により割り算されて、離散時間間隔（本明細書では第一の時間ＴＰ１とも呼ぶ）の期間が決定される。離散時間間隔の計算された期間が既定義値例えば３００マイクロ秒より小さい場合、既定義値が使用される。
【００３４】
プロセッサー／メモリーユニット３４０が、以下で説明する８つのセグメントに対応する式を使用して、各セグメント内のそれぞれの離散時間間隔に対して往復台３０の対応位置を決定する。時間間隔及び対応する往復台位置は、駆動制御器３００に提供される。前向き加速セグメントと、前向き線形セグメントと、前向き遷移セグメントと、逆遷移セグメントと、逆線形セグメントと、逆加速セグメントの間、駆動制御器３００は、対応する既定義往復台位置に基づいて、及びリニアエンコーダ読み取りヘッド４１０からの往復台位置信号に応じて、往復台３０の移動を制御するための適切な駆動信号を増幅器３６０ａ、３６０ｂに向けて生成する。係合及び係合解除セグメントの間には、駆動制御器３００は、対応する既定義往復台位置に基づいて、並びにリニアエンコーダ読み取りヘッド４１０からの往復台位置信号及び増幅器８４ｂからの力信号に応じて、往復台３０の移動を制御するための適切な駆動信号を増幅器３６０ａ、３６０ｂに向けて生成する。
【００３５】
第二プレート突出部２０２の遠位端部２０２ａが最初に第一プレート外側表面１０２と接触する時、往復台３０は、その「ゼロ位置」に位置する。係合セグメントは、装置１０が試験可能な加工物サンプルの最大厚さ、すなわちキャリパーに等しい距離で往復台３０がその「ゼロ位置」から遠くに位置する時から、加工物サンプルＳ上のポイントサイトＷＰＳが所望の厚さＧに圧縮されるような第一プレート外側表面１０２からの所望の最内距離に突出部遠位端部２０２ａが位置するまで生じると定義される。係合解除セグメントは、第二プレート２００を第一プレート１００から遠くへ移動させるために往復台３０がその方向を逆転する時から、往復台３０がその「ゼロ位置」から離れて加工物サンプル最大厚さに等しい距離に到達するまで生じると定義される。プロセッサー／メモリーユニット３４０は、係合及び係合解除セグメントの間に生じる複数の等しい離散時間間隔のそれぞれに対して、往復台位置、突出部速度、及び突出部加速度を次のように計算する。突出部速度及び加速度値は、各往復台位置に対して各往復台位置の時間に関する一次及び二次微分係数をそれぞれ求めることによって、プロセッサー／メモリーユニット３４０により係合及び係合解除セグメントについて計算される。
【００３６】
プロセッサー／メモリーユニット３４０は、上で設定された係合時間Ｔについての式及びシミュレーションする溶融結合プロセスに対する既定義値を使用して、係合時間Ｔを決定し、これは、加工物サンプルＳ上の所与のポイントサイトＷＰＳが係合及び係合解除セグメントの間に係合している総時間２Ｔの１／２に等しい。係合時間Ｔは、係合セグメントに対する時間Ｔ１に等しく、並びに係合解除セグメントに対する時間Ｔ２にも等しく、すなわち、係合セグメントに対する時間は係合解除セグメントに対する時間に等しい。係合セグメントに対する時間Ｔ１及び係合解除セグメントに対する時間Ｔ２は、次に、複数の等しい離散時間間隔に分割され、そのそれぞれは上で説明したように計算される期間を有する。係合及び係合解除セグメントの各時間間隔に対して、突出部位置Ｐが、プロセッサー／メモリーユニット３４０により次の式を使用して計算される。
【数５】
2006507165.tif 000007
【００３７】
ここで、
Ｐ（ｉ）＝係合セグメントの間の位置であり、
ＥＭは、ポイントサイトＷＰＳが突出部２５と第二ロール２４の対応セクション２４ａとにより圧縮される量に等しく、又はポイントサイトＷＰＳが突出部２０２と第一プレートの外側表面１０２とにより圧縮される量に等しく、
Ｄ１は、第一及び第二のロール２２及び２４の直径に等しく、
ｔは、０〜Ｔ１に等しく、ただしＴ１は、係合セグメントの間の総時間に等しく、
Ｔは、加工物サンプルＳ上のポイントサイトＷＰＳが第二プレート２００上の突出部２０２と第一プレート１００上の外側表面１０２とにより係合される総係合時間の１／２に等しく、並びに
Ｇは、加工物サンプル・ポイントサイトＷＰＳの最終圧縮厚さＧに等しい。
【数６】
2006507165.tif 000008
【００３８】
ここで、
Ｐ（ｏ）＝係合解除セグメントの間の位置であり、
ＥＭは、ポイントサイトＷＰＳが突出部２５と第二ロール２４の対応セクション２４ａとにより圧縮される量に等しく、及びまたポイントサイトＷＰＳが突出部２０２と第一プレートの外側表面１０２とにより圧縮される量に等しく、
Ｄ１は、第一及び第二のロール２２及び２４の直径に等しく、
ｔは、Ｔ１〜Ｔ１＋Ｔ２）に等しく、ただしＴ２は、係合解除セグメントの間の総時間に等しく、
Ｔは、加工物サンプルＳ上のポイントサイトＷＰＳが第二プレート２００上の突出部２０２と第一プレート１００上の外側表面１０２とにより係合される総係合時間の１／２に等しく、及び
Ｇは、加工物サンプル・ポイントサイトＷＰＳの最終圧縮厚さＧに等しい。
【００３９】
プロセッサー／メモリーユニット３４０は、それぞれの計算された突出部位置Ｐから、対応する往復台位置を決定する。プロセッサー／メモリーユニット３４０は又、係合セグメントの各離散時間間隔に対して、上記のように突出部速度及び突出部加速度を決定する。更に、係合解除セグメントの各離散時間間隔に対して、上記のように突出部速度及び突出部加速度を決定する。次に、プロセッサー／メモリーユニット３４０は、離散時間間隔、対応する往復台位置、突出部速度、及び突出部加速度を、モータ制御器３００に提供し、これが情報をメモリーに記憶する。
【００４０】
突出部２０２が試験可能な加工物の最大加工物サンプル厚さに等しい距離で第一プレート外側表面１０２から間隔をおく位置に往復台３０が到達すると、制御器３００は、第二プレート突出部２０２と第一プレート外側表面１０２が係合して、加工物サンプルＳ上のポイントサイトＷＰＳを所望の最終厚さＧに圧縮するように、サーボリニアモータ４０に往復台３０を第一プレート１００に向ける駆動を続けさせる。制御器３００は、適切な駆動信号を増幅器３６０ａ、３６０ｂに向けて生成するに際して、読み取りヘッド４１０により提供される位置情報から決定される往復台３０の実際位置を既定義された所望位置と比較するために、リニアエンコーダ読み取りヘッド４１０からの位置フィードバック情報を考慮に入れる。制御器３００は又、適切な駆動信号を増幅器３６０ａ、３６０ｂに向けて生成するに際して、ロードセル８４により生成された力情報も考慮に入れる。
【００４１】
加工物サンプルＳがプレート１００と２００の間に提供されなくて、その突出部２０２が第一プレート外側表面１０２に対して所望の最内位置になるように第二のプレート２００が移動される時には、往復台位置は、ロードセル８４からの力のフィードバック情報を必要とすることなく、約＋／−１０ミクロンの許容差まで正確に制御可能である。これは、突出部２０２が第一プレート外側表面１０２に対して所望の最内位置まで移動しても、突出部２０２が第一プレート外側表面１０２又は加工物サンプルＳには決して接触しないので、係合及び係合解除セグメントの間に第二のプレート２００が第一のプレート１００に力を付加しないからである。加工物サンプルＳが提供される時には、突出部２０２と第一プレート外側表面１０２が加工物サンプルＳと係合する間、荷重が生み出される。この荷重は、約＋／−１０ミクロン〜約＋／−３５ミクロンのように小さな許容差まで正確な往復台位置制御が達成されるように、モータ４０によって相殺されなければならない。したがって、制御器３００は、モータ４０により往復台３０に対して生み出される力がロードセル８４により感知された力の大きさに実質的に等しくなる量だけ増加されるように、増幅器３６０ａ、３６０ｂに向けて提供する駆動信号を増大する。
【００４２】
図９Ｂに例示される特性ブロック図は、往復台３０の位置を時の関数として制御すると同時にロードセル８４からの力のフィードバックを処理することを含む、サーボコントローラアルゴリズムに従って制御器３００が実施するステップを示す。
【００４３】
ステップ５００において、制御器３００は、各セグメントの間に生じる分離時間間隔に対して、プロセッサー／メモリーユニット３４０により予め定められ前もって制御器３００に提供された所望の往復台位置Ｐ２を逐次検索する。各セグメントの間に生じる分離時間間隔のそれぞれは、同一の第一の時間ＴＰ１を含む。「軌道生成器」ステップと名付けられたステップ５００ａの間、制御器３００は、第一の期間ＴＰ１をそれぞれが含む離散時間間隔にて生成された往復台位置Ｐ２すなわち粗い往復台位置の間に、第一の期間ＴＰ１より短い第二の時間ＴＰ２をそれぞれが含む第二の時間間隔にて精細往復台位置Ｐ２Ｆを生成するようにして補間する。
【００４４】
ステップ５０２において、制御器３００は、精細往復台位置Ｐ２Ｆを測定された往復台位置と比較することにより、位置誤差値を生成する。それぞれの測定往復台位置は、リニアエンコーダ読み取りヘッド４１０をポーリングすることにより獲得されたデータを使用して決定される（ステップ５０４参照）。ステップ５０３において、現在の位置誤差が、ステップ５０３ｂの間に決定された積算値に加算して結合される。ステップ５０３ｂの間に生じる位置誤差の積算は、それによって制御器３００が位置誤差をゼロに強いることができる方法、すなわち制御器３００が位置誤差を連続的に蓄積して蓄積した誤差を現在の位置誤差に加え戻す方法を提供する。
【００４５】
ステップ５０２ａにおいて、ステップ５００ａの間に決定された精細往復台位置Ｐ２Ｆを使用して、速度フィードフォーワード信号が生成される。ステップ５０２ａの間に、制御器３００は、精細往復台位置Ｐ２Ｆの一次微分係数をサーボコントローラアルゴリズムの時間基準に関して決定し、この時間基準は、上記した第二の期間ＴＰ２に等しい期間をそれぞれが有する離散時間間隔を含む。速度フィードフォーワード信号は通常、機械的減衰すなわち装置１０内に存在する摩擦を補償するように使用される。ステップ５００ａの間に決定された精細往復台位置Ｐ２Ｆは、ステップ５０２ｂにおいても加速度フィードフォーワード信号を生成するのに使用され、その際に制御器３００は、精細往復台位置Ｐ２Ｆの二次微分係数をサーボコントローラアルゴリズムの時間基準に関して求め、この時間基準は、上記した第二の期間ＴＰ２に等しい期間をそれぞれが有する離散時間間隔を含む。加速度フィードフォーワード信号は通常、装置の慣性を補償するのに使用される。ステップ５０３ａにおいて、速度及び加速度フィードフォーワード信号が、共に加算される。
【００４６】
ステップ５１３の間に、往復台３０の速度が、エンコーダ読み取りヘッド４１０から受け取った実際位置値の一次微分係数を求めることにより決定される。ステップ５０８の間に、一次微分係数又は往復台速度値は、制御器３００の安定性のための減衰をもたらすように、微分利得値を掛算される。ステップ５０７において、ステップ５０８からの出力が、ステップ５０３の間に決定された合計並びにステップ５０３ａの間に決定された合計から引き算される。モータ４０に対して望ましい応答を提供するために、ステップ５０７からの出力は、ステップ５０９の間に利得係数が掛算されて、時間、オーバーシュート、及び制御器３００の一般バンド幅を、望ましい応答のために調節することが可能になる。この場合、往復台３０の所望の位置Ｐ２への移動に関する好ましい応答は、位置誤差の最小限化、往復台３０の位置決めにおけるオーバーシュート最小限化、及び最小時間内での所望の位置Ｐ２の達成からなる。
【００４７】
ステップ５０９からの出力は、通常は電流基準値と呼ばれて、標準的には制御器３００内のモータ電流発生器アルゴリズムに直接提供されるものであり、このアルゴリズムが電流制御ループを含む。しかしながら、本発明に従うと、制御器３００は、ステップ５１０において、ロードセル増幅器８４ｂをポーリングして、ロードセル８４により感知された荷重、すなわち往復台３０により加工物Ｗに付加された圧縮力に正比例する圧縮荷重値を生成する。次に、制御器３００は、圧縮荷重値に換算係数を掛算して、ロードセル増幅器８４ｂからの生信号を、モータ４０により往復台３０に付加されて加工物Ｗ上に圧縮荷重を引き起す力に正比例するモータ電流を表わす換算値に変換する。この換算圧縮荷重値は、ステップ５１２において電流基準値に足し算されて、ステップ５０９からの出力により定義されるような往復台３０を次の所望の位置Ｐ２へ移動させるためにモータ４０により要求される実際の力、並びにステップ５１０からの出力により表わされるような加工物Ｗ上に圧縮荷重を生み出すために必要なモータ力を表わす値を生成する。ステップ５１６において、制御器３００は、電流ループを使用して、ステップ５１２からの出力に基づき、第一の増幅器３６０ａ及び第二の増幅器３６０ｂのための適切な駆動信号を決定する。電流ループは、通常はモータの電気特性から構成されており、望ましい電流応答を提供するように修正される。この実施形態において望ましい電流応答とは、ステップ５１２からの出力に対して、最早で達成可能な速度における最小限の電流オーバーシュートである。
【００４８】
ステップ５１２において電流基準値と共に換算圧縮荷重値を利用することによって、制御器３００は、往復台３０により加工物Ｗに付加される荷重の変更に関するステップ５０２、５０２ａ、５０２ｂの位置、速度、及び加速度のループを効果的にバイパスし、第一及び第二の増幅器３６０ａ及び３６０ｂのための駆動信号を決定する時に、圧縮荷重の変化をより直接的に考慮に入れるようにして、これにより時の関数としての往復台３０の位置の制御精度を直接的に強化する。荷重値を考慮に入れる時には、モータ４０の作動ひいては往復台３０の位置を時の関数として制御する、制御器の応答時間が改善されることも特記する。すなわち、ロードセルにより感知された荷重値をステップ５１２の間で考慮に入れないのならば、加工物Ｗにより往復台３０に又はその逆に付加される圧縮荷重の変化は、位置、速度、及び加速度制御ループによって非直接的に考慮に入れられなければならないであろう。そのようにすると、制御器３００がモータ４０の作動を制御する応答時間が減少するであろうし、その結果、制御器３００による往復台位置の制御精度が、特に加工物Ｗにより往復台３０に及びその逆に付加される荷重が急速に変化する高速時において、悪影響を及ぼされるであろう。
【００４９】
第一プレート１００に対して相対的な第二プレート２００の離散時間間隔に従う直線移動及び対応する突出部位置によって、サンプルＳが一対の溶融結合ロール２２、２４の間を通されて第一のロール２２上の突出部２５により係合される場合にサンプルＳになされるであろう仕事をシミュレートする仕事が、サンプルＳになされるという結果が得られる。制御器３００により制御された往復台３０の移動は通常、突出部２０２の遠位端部２０２ａが図１０Ａに示されるような位置対時間の曲線に追従するという結果になる。
【００５０】
プロセッサー／メモリーユニット３４０が各離散時間間隔（この間隔は係合及び係合解除セグメントに対応する時間間隔と同一の期間を有する）に対して往復台位置（本明細書で「突出部位置」とも呼ぶ）を決定するのに使用された式及びその他のパラメータは、残るセグメントすなわち、前向き加速セグメント、前向き線形セグメント、前向き遷移セグメント、逆遷移セグメント、逆線形セグメント、及び逆加速セグメントにも提供される。ユニット３４０は、これらのセグメントについて、時間間隔及び対応する往復台位置を駆動制御器３００に提供する。
【００５１】
係合セグメントについて、技術者／作業者は、装置１０が試験可能な最大加工物サンプル厚さすなわちキャリパーを定義し、この値がプロセッサー／メモリーユニット４３０に提供される。ユニット３４０は、第二プレート突出部２０２の遠位端部２０２ａが第一プレート外側表面１０２から最大加工物材料厚さすなわちキャリパーの距離で離れている位置から、突出部２０２が第一プレート外側表面１０２から所望の最終距離である、すなわちサンプルＳ上のポイントサイトＷＰＳが所望厚さＧに圧縮される位置まで、往復台３０が移動するのに必要な時間を、Ｔ１に対して上で設定した式により決定する。最大加工物サンプル厚さより薄い厚さの加工物サンプルＳも試験可能であり、図１１を参照して、最大材料キャリパーが６．９１２ｍｍであるのに、ここで試験した加工物サンプルは厚さが３．５ｍｍであったことを特記する。その後で、ユニット３４０は、時間Ｔ１を既定義の時間間隔期間により、すなわち上の設定のように決定した第一の時間ＴＰ１により割り算して、係合セグメント用の複数の離散時間間隔を決定する。ユニット３４０は、次に、各離散時間間隔に対して、突出部位置Ｐ（これは往復台「ゼロ位置」に対して相対的な往復台位置に相当し、ゼロ位置では突出部遠位端部２０２ａが第一プレート外側表面１０２に接触する）と、突出部速度（往復台速度に等しい）と、突出部加速度（往復台加速度に等しい）とを上記方法で決定する。以降に示す実施例を見ると、係合セグメントの総時間Ｔ１は、９．１９ミリ秒に等しい。
【００５２】
前向き遷移セグメントの総時間は、既定義値例えば３．１ミリ秒に設定し、及び通常は、全ての溶融結合加工シミュレーションの間、このセグメントについて同一時間を使用する。このセグメントの最終突出部位置（往復台「ゼロ位置」に対して相対的な最終往復台位置に相当）、最終突出部速度、及び最終突出部加速度は全て、係合セグメントの当初突出部位置、当初突出部速度、及び当初突出部加速度に等しい（以下に示す実施例参照）。更に、このセグメントの当初突出部加速度はゼロでなければならない。ユニット３４０は、これらの所与の値から、このセグメントの当初及び中間突出部位置、当初及び中間突出部速度値、並びに当初及び中間突出部加速度値を決定する。
【００５３】
前向き線形セグメントの間に、突出部加速度（往復台加速度に相当）はゼロに減少して、突出部速度が一定値に維持される。このセグメントは、正の加速度から負の加速度に変化する時の往復台３０のいずれかの急激に変化する動作を緩衝するために使用される。このセグメントの時間は、既定義値例えば２．０ミリ秒に設定し、及び通常は、全ての溶融結合加工シミュレーションの間、このセグメントについて同一時間を使用する。最終突出部加速度はゼロに等しくなければならず、及び最終突出部速度は前向き遷移セグメントの当初突出部速度に等しくなければならない（以下に示す実施例参照）。
【００５４】
前向き加速セグメントの間に、往復台３００は、定位置において始まるゼロ速度から、前向き線形セグメントの当初速度に等しい最終速度まで、一定比率で加速する。往復台定位置は、技術者／作業者により定義され、及び往復台「ゼロ位置」に関連する。通常は、往復台３０が「ゼロ位置」から遠くへ位置することが可能な最大距離に等しいか、ほぼ等しい。以下に示す実施例では、７５ｍｍに設定される。このセグメントの距離は、定位置の往復台「ゼロ位置」からの距離から、前向き線形及び前向き遷移セグメントの間に往復台３０が移動する距離と最大加工物サンプル厚さとの合計を引き算したものに等しい。このセグメントの時間は予め定義しない。ユニット３４０は、往復台３０がゼロ速度から前向き線形セグメントの当初突出部速度に等しい速度までこのセグメントの既定義された距離の中で加速されるのに必要な、正の一定加速（すなわち突出部加速）を決定する。
【００５５】
係合解除セグメントに対して、プロセッサー／メモリーユニット３４０は、最初に、第二プレート２００上の突出部２０２が加工物サンプルＳ上のポイントサイトＷＰＳに最大係合深さである位置から、装置１０が試験可能な最大加工物サンプル厚さすなわちキャリパーに等しい距離で突出部２０２が第一プレート外側表面１０２から間隔をおく位置まで、往復台３０が移動するのに必要な時間を、Ｔ２について上で設定した式により決定する。その後で、ユニット３４０は、時間Ｔ２を既定義の時間間隔期間により、すなわち上の設定のように決定した第一の時間ＴＰ１により割り算して、係合解除セグメント用の複数の離散時間間隔を決定する。ユニット３４０は、次に、各離散時間間隔に対して、突出部位置Ｐ（「ゼロ位置」からの往復台位置に等しい）と、突出部速度（往復台速度に等しい）と、突出部加速度（往復台加速度に等しい）とを上で説明した方法で決定する。以降に示す実施例を見ると、このセグメントの総時間Ｔ２は、９．１９ミリ秒に等しい。
【００５６】
逆遷移セグメントの総時間は、既定義値例えば３．１ミリ秒に設定し、及び通常は、全ての溶融結合加工シミュレーションの間、このセグメントについて同一時間を使用する。このセグメントの当初突出部位置、当初突出部速度、及び当初突出部加速度（実施例において逆遷移セグメント、逆加速セグメント、及び係合解除セグメントについて、正の加速度は負の値を有し、負の加速度は正の値を有する）は、係合加除セグメントの最終突出部位置、最終突出部速度、及び最終突出部加速度に全て等しい（以下に示す実施例参照）。更に、最終突出部加速度は、逆遷移セグメントの最後にはゼロでなければならない。ユニット３４０は、これらの所与の値から、このセグメントの当初及び中間突出部位置、当初及び中間突出部速度値、並びに当初及び中間突出部加速度値を決定する。
【００５７】
逆線形セグメントの間、突出部加速度はゼロである。このセグメントは、負の加速度から正の加速度に変化する時の往復台３０のいずれかの急激に変化する動作を緩衝するために使用される。このセグメントの時間は、既定義値例えば２．０ミリ秒に設定し、及び通常は、全ての溶融結合加工シミュレーションの間、このセグメントについて同一時間を使用する。このセグメントの当初歯先端速度は、逆遷移セグメントの最終歯先端速度に等しくなければならない（以下に示す実施例参照）。
【００５８】
逆加速セグメントの殆ど全体で、往復台３００は、逆線形セグメントの最終速度に等しい当初速度から下がって、往復台が定位置となる点のゼロ速度まで、一定比率で減速する。このセグメントの距離は、定位置の往復台「ゼロ位置」からの距離から、逆線形及び逆遷移セグメントの間に往復台３０が移動する距離と最大加工物サンプル厚さとの合計を引き算したものに等しい。このセグメントの時間は予め定義しない。ユニット３４０は、往復台３０が逆線形セグメントの最終突出部速度に等しい速度からゼロ速度までこのセグメントに既定義された距離内で減速されるのに必要な、定率減速度（すなわち突出部減速度）を決定する。
【００５９】
プロセッサー／メモリーユニット３４０は、前向き加速セグメント、前向き線形セグメント、前向き遷移セグメント、逆遷移セグメント、逆線形セグメント、並びに逆加速セグメントに対して、等しい分離時間間隔のそれぞれについて突出部位置すなわち往復台位置、及びその他のパラメータを、次の式群を使用して決定する。
【００６０】
Ｔｆｌ＝前向き線形セグメントの時間、既定義値、例えば０．００２０秒。
【００６１】
Ｔｆｔ＝前向き遷移セグメントの時間、既定義値、例えば０．００３１秒。
【００６２】
Ｔｂ１＝逆（後ろ向き）線形セグメントの時間、既定義値、例えば０．００２０秒。
【００６３】
Ｔｂｔ＝逆（後ろ向き）遷移セグメントの時間、既定義値、例えば０．００３１秒。
【００６４】
ＥＭは、加工物サンプルＳの当初厚さＭＴ−サンプル上のポイントサイトＷＰＳの最終厚さＧに等しい。
【００６５】
Ｄｉは、第一及び第二のロール２２、２４の直径に等しい（ロール２２、２４は同一直径を有すると仮定）。
【００６６】
及びＶｗは、加工物速度に等しい。
【００６７】
Ｐｌｉｍ＝往復台定位置と往復台ゼロ位置の間の距離に等しい。
【００６８】
Ｔ＝Ｔ１＝Ｔ２、及び
Ｎｐｔｓ＝全てのセグメントの間の、全て同一期間の、制御点総数、例えば７９９０。
【００６９】
前向き遷移セグメントの当初速度（ｍ／ｓ）
【数７】
2006507165.tif 000009
【００７０】
前向き遷移セグメントのジャーク（ｍ／ｓ３）
【数８】
2006507165.tif 000010
【００７１】
前向き遷移セグメントの当初位置（ｍ）
【数９】
2006507165.tif 000011
【００７２】
前向き線形セグメントの当初位置（ｍ）
【数１０】
2006507165.tif 000012
【００７３】
前向き加速セグメントの時間（ｓ）
【数１１】
2006507165.tif 000013
【００７４】
前向き加速セグメントの加速度（ｍ／ｓ２）
【数１２】
2006507165.tif 000014
【００７５】
前向きセグメントの総時間（ｓ）
【数１３】
2006507165.tif 000015
【００７６】
前向き加速及び前向き線形セグメントの総時間（ｓ）
【数１４】
2006507165.tif 000016
【００７７】
前向き加速、前向き線形、及び前向き遷移セグメントの総時間（ｓ）
【数１５】
2006507165.tif 000017
【００７８】
係合解除最終位置（ｍ）
【数１６】
2006507165.tif 000018
【００７９】
係合解除最終速度（ｍ／ｓ）
【数１７】
2006507165.tif 000019
【００８０】
係合解除最終加速度（ｍ／ｓ２）
【数１８】
2006507165.tif 000020
【００８１】
後ろ向き遷移セグメントのジャーク（ｍ／ｓ３）
【数１９】
2006507165.tif 000021
【００８２】
後ろ向き遷移セグメントの最終位置（ｍ）
【数２０】
2006507165.tif 000022
【００８３】
後ろ向き遷移セグメントの最終速度（ｍ）
【数２１】
2006507165.tif 000023
【００８４】
後ろ向き線形位置の最終位置（ｍ）
【数２２】
2006507165.tif 000024
【００８５】
後ろ向き加速セグメントの時間（ｓ）
【数２３】
2006507165.tif 000025
【００８６】
後ろ向き加速セグメントの加速度（ｍ／ｓ２）
【数２４】
2006507165.tif 000026
【００８７】
前向きセグメント及び係合解除セグメントの総時間（ｓ）
【数２５】
2006507165.tif 000027
【００８８】
前向きセグメント＋係合解除及び後ろ向き遷移セグメントの総時間（ｓ）
【数２６】
2006507165.tif 000028
【００８９】
前向きセグメント＋係合解除、後ろ向き遷移、及び後ろ向き線形セグメントの総時間（ｓ）
【数２７】
2006507165.tif 000029
【００９０】
前向き及び後ろ向きセグメントの総時間（ｓ）
【数２８】
2006507165.tif 000030
【００９１】
プロセス制御点当りの時間（ｓ）
【数２９】
2006507165.tif 000031
【００９２】
前向き加速セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝０〜Ｔｆａ（ｓ）
【数３０】
2006507165.tif 000032
【００９３】
前向き線形セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝０〜Ｔｆｌ（ｓ）
【数３１】
2006507165.tif 000033
【００９４】
前向き遷移セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝０〜Ｔｆｔ（ｓ）
【数３２】
2006507165.tif 000034
【００９５】
係合セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝０〜Ｔ１（ｓ）
【数３３】
2006507165.tif 000035
【００９６】
係合解除セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝Ｔ1〜（Ｔ１＋Ｔ２）（ｓ）
【数３４】
2006507165.tif 000036
【００９７】
後ろ向き遷移セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝０〜Ｔｂｔ（ｓ）
【数３５】
2006507165.tif 000037
【００９８】
後ろ向き線形セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝０〜Ｔｂｌ（ｓ）
【数３６】
2006507165.tif 000038
【００９９】
後ろ向き加速セグメント内の位置（ｍ）、ここでｔ＝０〜Ｔｂａ（ｓ）
【数３７】
2006507165.tif 000039
【０１００】
試験操作を実施する前に、制御器３００は、第二プレート突出部２０２が第一プレート外側表面１０２に係合するまで第二プレート２００が第一プレート１００に向かってゆっくり移動するように、第二プレート２００の移動を制御する。係合した点で、往復台３０の移動が突出部２０２と第一プレート外側表面１０２との間の係合により妨害されるので、サーボリニアモータ４０の位置誤差が増加し、この位置誤差の増加が制御器３００により検知される。すなわち、制御器３００は、モータ４０に電力を供給する駆動信号を制御器３００が生成しているにもかかわらず往復台３０の位置が変化していないことを、リニアエンコーダ読み取りヘッド４１０により生成される位置信号から決定する。制御器３００は、往復台３０のゼロ移動を感知したことに応じて、往復台３０が往復台３０ゼロ位置に、すなわち突出部２０２が第一プレート外側表面１０２と係合する往復台３０の位置にあることを知る。制御器３００は、センサーストリップ４１２からの対応する位置値を読み取ってからリニアエンコーダ読み取りヘッド４１０により生成される位置信号に基づいて、往復台３０の現在の位置を往復台「ゼロ位置」であるとして定義する。
【０１０１】
実施例の溶融ロールシミュレーション運転からのデータを以下に示す。実施例の位置対時間のプロファイルを図１０Ａに、速度対時間のプロファイルを図１０Ｂに、及び加速度対時間のプロファイルを図１０Ｃに示す（１ｇ＝９．８ｍ／ｓ２）。
【０１０２】
図５及び図８に示すように、装置１０は、溶融結合シミュレーション運転すなわち加工物ポイントサイト圧縮操作の間に第一プレート外側表面１０２と第二プレート外側表面２０４との間の距離を感知するように第一プレート１００に連結された、４つの電子マイクロメータセンサー１０４を更に備える。センサー１０４は、コネチカット州ミドルタウンのカマンエアロスペース社（Kaman Aerospace Corporation）から製品指定８０００シリーズとして購入可能であり、及び外側表面１０２と１０４の間の距離を＋／−０．５ミクロンの精度で感知可能である。センサー１０４により生成された信号は、駆動制御器３００に提供され、これが今度は対応する信号を、ロードセルデータ、往復台位置データ、及び離散時間間隔データと共に、プロセッサー／メモリーユニット３４０へ転送する。
【０１０３】
図示された実施形態では、センサー１０４による信号出力は、制御器３００がモータ４０の作動を制御するのには使用されない。しかしながら、プロセッサー／メモリーユニット３４０が、完成した加工物ポイントサイト圧縮操作についての「加工物ポイントサイト単位面積当り荷重に対する加工物サンプルの圧縮パーセント」曲線を作成するのに、センサー１０４により生成された情報を使用する。特に、ユニット３４０は、第二プレート突出部２０２の遠位端部２０２ａが第一プレート１００の外側表面１０２から約１．０ｍｍの離間から加工物サンプルＳの最終圧縮厚さＧに等しく外側表面１０２から離れる距離までの範囲にある時に対応するポイントサイト圧縮試験の区分について、センサー１０４により生成された情報を使用する。第二プレート突出部２０２の遠位端部２０２ａが第一プレート外側表面１０２から約１．０ｍｍ超過で遠くに位置する時には、プロセッサー／メモリーユニット３４０は、曲線を決定するに際して以下で説明する方法で計算した往復台位置を使用する。
【０１０４】
突出部２０２の遠位端部２０２ａが加工物サンプルの当初厚さに等しいＭＴから１．０ｍｍ又は何か他の予め定められた距離までの範囲内で第一プレート外側表面１０２から離れている時、加工物圧縮パーセントは、次の式から決定される。
【０１０５】
圧縮パーセント＝（［ＭＴ−Ｐ（ｔ）］／ＭＴ）×１００％
ここで、
ＭＴ＝加工物サンプルの当初厚さ、及び
Ｐ（ｔ）＝往復台「ゼロ位置（ここで突出部遠位端部２０２ａが第一プレート外側表面１０２に接触）」に対して相対的な往復台位置まで、及び次の式を使用して決定する。
【数３８】
2006507165.tif 000040
【０１０６】
ここで、
ＥＭは、ポイントサイトが第二プレート２００上の突出部２０２と第一プレート１００の外側表面１０２とにより圧縮される最終量に等しく、
Ｇは、加工物サンプルの所望の最終圧縮厚さに等しく、
Ｄｉは、第一及び第二のロールの直径に等しく、
ｔは、プロセス時刻に等しく、及び０〜（Ｔ１＋Ｔ２）の値を有し、及び
Ｔ＝Ｔ１＝Ｔ２は、加工物ポイントサイトが第二プレート２００上の突出部２０２と第一プレート１００の外側表面１０２とにより係合される総時間の１／２に等しい。
【０１０７】
突出部２０２の遠位端部２０２ａが、第一プレート外側表面１０２から約１．０ｍｍ又は何か他の既定義距離の離間から加工物サンプルＳの最終圧縮厚さＧに等しく第一プレート外側表面１０２から離れる距離までの範囲内にある時、加工物圧縮パーセントは次の式から決定される。  
圧縮パーセント＝（［ＭＴ−Ｓ（ｔ）］／ＭＴ）×１００％
ここで、
ＭＴ＝加工物サンプルの当初厚さであり、
Ｓ（ｔ）＝４つの電子マイクロメータセンサー１０４により発生された信号を使用して決定された、突出部遠位端部２０２ａと第一プレート外側表面１０２との間の距離である。
【０１０８】
係合及び係合解除セグメントの各時間間隔に対する「加工物ポイントサイト単位面積当りの荷重」は、ロードセルデータを使用して突出部遠位端部２０２ａの外表面積で割り算することにより決定される。プロセッサー／メモリーユニット３４０は、突出部遠位端部２０２ａすなわち往復台位置が加工物サンプルの当初厚さに等しく第一プレート外側表面１０２から離れる距離に位置する時に、突出部２０２が加工物サンプルＳに係合したと仮定し、この距離は、リニアエンコーダ読み取りヘッドデータから決定される。以下に示す実施例に対応する、及び厚さすなわちキャリパーが３．５ｍｍのポリエチレン加工物についての「加工物ポイントサイト単位面積当り荷重に対する加工物サンプルの圧縮パーセント」曲線が、図１１に見られる。
【０１０９】
本発明の別の実施形態によれば、加工物サンプルの圧縮パーセントは、４つの電子マイクロメータセンサー１０４からのデータを使用せずに決定される。その代わり、突出部２０２を第一プレート外側表面１０２に係合させて、リニアエンコーダ読み取りヘッド４１０により感知される、外側表面１０２との係合後に突出部２０２により動かされた距離に対する、ロードセル８４により感知される力の比をとることなどによって、ばね７４の組合せを含む撓み機械要素の単一ばね定数が決定される。加工物ポイントサイト圧縮試験運転に続いてロードセル８４により発生された荷重データが記憶された後、そのロードセルデータがばね定数により割り算されて、第一プレートの撓みデータＤＬが決定される。その後で、加工物サンプルの圧縮パーセントが、次の式から決定される。  
｛［ＭＴ−（Ｐ（ｔ）−ＤＬ）］／ＭＴ｝×１００％
ここで、ＭＴ＝加工物サンプルの当初厚さであり、
Ｐ（ｔ）は、上式Ａを使用して決定された往復台位置に等しく、及び
ＤＬは、第一プレートの撓みデータに等しい。
【０１１０】
「加工物ポイントサイト単位面積当りの荷重」は、上記のように、ロードセルデータを使用して突出部遠位端部２０２ａの外表面積で割り算することにより決定される。
【０１１１】
（実施例からのデータ）
【表１】
2006507165.tif 000041
【表２】
2006507165.tif 000042
【表３】
2006507165.tif 000043
【表４】
2006507165.tif 000044
【０１１２】
「発明を実施するための最良の形態」で引用したすべての文献は、その関連部分において本明細書に参考として組み込まれる。いかなる文献の引用も、それが本発明に対する従来技術であることを認めるものと解釈すべきではない。
【０１１３】
本発明の特定の実施形態を例示し記載したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を、添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】一対の溶融結合ロールにより加工物上に実施される仕事を模写するように機能する、本発明の装置の側面図。
【図１Ａ】溶融結合操作を実施する第一及び第二のロールの概略図。
【図２Ａ】第二のプレートを備えて往復運動をする往復台を示す斜視図であり、往復台が、装置の主本体の上側及び下側部分により画定される空洞内に配置。
【図２Ｂ】装置主本体の上側部分の斜視図。
【図２Ｃ】主本体下側部分に取り付けられた往復台の斜視側面図であり、そこでは主本体上側部分及びリニアサーボモータが取り去られている。
【図２Ｄ】往復台主本体の斜視図。
【図２Ｅ】往復台主本体の背面図。
【図２Ｆ】往復台主本体の正面図。
【図２Ｇ】往復台主本体の側面図。
【図２Ｈ】往復台及びモータの第二部材の斜視図。
【図２Ｉ】往復台及びモータの第二部材の一部の斜視図。
【図３Ａ】往復台の一部及び往復台に取り付けられた第二のプレートの斜視図。
【図３Ｂ】往復台の一部及び主本体下側部分の一部の側面斜視図。
【図４】図１の装置内のサーボリニアモータの１つのＵ字形状第一部材の斜視図。
【図５】図１に示す装置の装置主本体の外側支持部材、Ｌ形状位置制限部材、ばね荷重付加プレート、ばね荷重受領プレート、加熱プレート、冷却プレート、及び第一プレートの斜視図。
【図６】装置主本体の外側支持部材、Ｌ形状位置制限部材、ばね荷重付加プレート、ばね荷重受領プレート、加熱プレート、及び冷却プレートの斜視図であり、そこでは静止する第一プレートは示されていない。
【図６Ａ】Ｌ形状の位置制限部材、ばね荷重受領プレート、加熱プレート、及び冷却プレートの一部の斜視図であり、そこでは静止する第一プレートは示されていない。
【図７】装置主本体の外側支持部材、Ｌ形状位置制限部材、ばね荷重付加プレート、ばね荷重受領プレート、加熱プレート、及び冷却プレートの斜視図であり、そこでは静止する第一プレートは示されていない。
【図８】第一及び第二のプレートの上面図であり、加工物サンプルＳが第一のプレートに固定されている。
【図９】図１の装置のモータを駆動するための駆動部制御器及び増幅器を示すブロック図。
【図９Ａ】本発明の加熱器制御器を示すブロック図。
【図９Ｂ】往復台の位置を時の関数として制御する間にロードセルからの力のフィードバックを処理するに際して、図１の装置の制御器により実施されるステップを示すブロック図。
【図１０Ａ】実施例の位置対時間プロファイルのプロット。
【図１０Ｂ】実施例の速度対時間プロファイルのプロット。
【図１０Ｃ】実施例の加速度対時間プロファイルのプロット。
【図１１】「加工物単位面積当り荷重に対する加工物サンプル圧縮パーセント」曲線のプロット。
【図１】
2006507165.tif 000046
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2006507165.tif 000053
【図４】
2006507165.tif 000054
【図５】
2006507165.tif 000055
【図６】
2006507165.tif 000056
2006507165.tif 000057
【図７】
2006507165.tif 000058
【図８】
2006507165.tif 000059
【図９】
2006507165.tif 000060
【図９Ａ】
2006507165.tif 000061
【図９Ｂ】
2006507165.tif 000062
【図１０Ａ】
2006507165.tif 000063
【図１０Ｂ】
2006507165.tif 000064
【図１０Ｃ】
2006507165.tif 000065
【図１１】
2006507165.tif 000066
【国際調査報告】
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2006507165.tif 000068