(57)【要約】  超音波接着機で使用するためのアンビルシステムは、少なくとも一つのアンビルバー長手方向端部中にアンビル開口部を持つアンビルバーであって、アンビル開口部がアンビル開口部内面を持つアンビルバーと、アンビルバーから分離しアンビル開口部中に部分的に配置されたシャフトであって、シャフトが円周面を持ちアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長するシャフトと、シャフト円周面とアンビル開口部内面の間のシャフト上に配置された第一の弾性シャフトＯリングとを含むアンビル組立品、穴面を持つ取付金具穴を備える取付金具、第一の取付金具穴に配置されシャフトの端部を収容するようにサイズ調整されたブッシングであって、ブッシングがブッシング内面を持つブッシング、およびシャフト円周面とブッシング内面の間のシャフト上に配置された第二の弾性シャフトＯリングを含む。【選択図】図３
2018538160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波接着機に使用するためのアンビルシステムであって、前記アンビルシステムが、
アンビル組立品であって、
軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および少なくとも一つのアンビルバー長手方向端部のアンビル開口部を持ち、前記アンビル開口部がアンビル開口部内面を持つアンビルバーと、
前記アンビルバーから分離し、前記アンビル開口部に部分的に配置されたシャフトであって、前記シャフトが円周面を持ち、前記アンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長するシャフトと、
前記シャフト円周面と前記アンビル開口部内面の間の前記シャフト上に配置された第一の弾性シャフトＯリングとを含むアンビル組立品と、
その中に第一の取付金具穴を持つ第一の取付金具であって、前記取付金具穴が穴面を持つ第一の取付金具と、
前記第一の取付金具穴に配置され、前記シャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第一のブッシングであって、前記第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ第一のブッシングと、
前記シャフト円周面と前記ブッシング内面の間の前記シャフト上に配置された第二の弾性シャフトＯリングとを備える、アンビルシステム。
【請求項２】
前記ブッシング外面と前記穴面の間の前記第一のブッシング上に配置された弾性ブッシングＯリングをさらに備える、請求項１に記載のアンビルシステム。
【請求項３】
前記アンビル開口部が一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで延長し、前記シャフトが前記アンビル開口部を通り、両方のアンビルバー長手方向端部を超えて延長する、請求項１に記載のアンビルシステム。
【請求項４】
前記第一の取付金具と反対側の前記アンビルバー長手方向端部に配置された第二の取付金具をさらに備え、前記第二の取付金具がその中に第二の取付金具穴を持つ、請求項１に記載のアンビルシステム。
【請求項５】
前記第二の取付金具穴に配置され、前記シャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第二のブッシングをさらに備え、前記第二のブッシングが第二のブッシング内面および第二のブッシング外面を持つ、請求項４に記載のアンビルシステム。
【請求項６】
前記シャフト円周面と前記第二のブッシング内面の間の前記シャフト上に配置された第三の弾性シャフトＯリングをさらに備える、請求項５に記載のアンビルシステム。
【請求項７】
前記アンビルバー長手方向端部と前記第一の取付金具の間の前記シャフトの周りに配置された弾性座金をさらに備える、請求項１に記載のアンビルシステム。
【請求項８】
前記シャフトの端部に隣接する前記第一のブッシング内に配置された弾性ボールをさらに備える、請求項１に記載のアンビルシステム。
【請求項９】
前記アンビルバーが前記シャフトに対して半径方向に移動可能なように構成されている、請求項１に記載のアンビルシステム。
【請求項１０】
前記アンビルバーが前記取付金具に対して回転旋回するように構成されている、請求項１に記載のアンビルシステム。
【請求項１１】
超音波接着機に使用するためのアンビルシステムであって、前記アンビルシステムが、
アンビル組立品であって、
軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで通り抜けるアンビル開口部を持ち、前記アンビル開口部がアンビル開口部内面を持つアンビルバーと、
前記アンビルバーから分離し、前記アンビル開口部内に部分的に配置されたシャフトであって、前記シャフトがシャフト円周面を持ち、両方のアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長するシャフトと、
前記シャフト円周面と前記アンビル開口部内面の間に配置されたシャフト分離システムとを含むアンビル組立品と、
その中に第一の取付金具穴を持つ第一の取付金具であって、前記第一の取付金具穴が穴面を持つ第一の取付金具と、
前記第一の取付金具穴に配置され、前記シャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第一のブッシングであって、前記第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ第一のブッシングと、
前記シャフト円周面と前記ブッシング内面の間に配置された第一の取付台分離システムとを備えるアンビルシステム。
【請求項１２】
前記ブッシング外面と前記第一の取付金具穴の前記穴面の間の前記第一のブッシング上に配置された第二の取付台分離システムをさらに備える、請求項１１に記載のアンビルシステム。
【請求項１３】
前記シャフト分離システムが前記シャフト上に少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む、請求項１１に記載のアンビルシステム。
【請求項１４】
前記第一の取付台分離システムが前記シャフト上に少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む、請求項１１に記載のアンビルシステム。
【請求項１５】
前記アンビルバー長手方向端部と前記第一の取付金具の間の前記シャフトの周りに配置された弾性座金をさらに備える、請求項１１に記載のアンビルシステム。
【請求項１６】
超音波接着機のアンビルバーの固有周波数を減少させる方法であって、
アンビルバー・シャフトの組み合わせを生成する工程であって、前記アンビルバーが軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで通り抜けるアンビル開口部を持ち、前記アンビル開口部がアンビル開口部内面を持ち、前記シャフトがアンビルバーから分離されており、前記アンビル開口部内に部分的に配置されており、前記シャフトがシャフト円周面を持ち、両方のアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長している工程と、
前記シャフト円周面と前記アンビル開口部内面の間にシャフト分離システムを配置する工程と、
前記アンビルバー・シャフトの組み合わせを、第一の取付金具穴を持つ第一の取付金具に、前記第一の取付金具穴に配置された第一のブッシングを使用して取り付ける工程であって、前記第一の取付金具穴が穴面を持ち、前記第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ工程と、
前記ブッシング円周面と前記シャフト円周面の間に第一の取付台分離システムを配置する工程とを含む方法。
【請求項１７】
前記ブッシング外面と前記穴面の間に第二の取付台分離システムを配置する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二の取付台分離システムが前記ブッシング外面上に配置された少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記シャフト分離システムおよび前記第一の取付台分離システムがそれぞれ前記シャフト上に少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記超音波接着機が動作周波数を持ち、前記アンビルバーの前記固有周波数が前記動作周波数の１０％以下である、請求項１６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、密封、切断等のためなど、工作物に熱エネルギーを適用するための装置および方法に関する。より具体的には、本開示は使い捨てオムツ、トレーニングパンツ、女性用衛生用品、女性用および失禁用の下着またはこれらに類するものなどの工作物に超音波エネルギーを適用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】
かなり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操作される。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拡大・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】
例えば成人用失禁製品などのパーソナルケア物品では、接着強度は厳密に監視される品質目標である。特に重要な接着はこのような物品のサイドシーム接着である。サイドシーム接着は歴史的に、低い平均接着強度の期間および高い接着強度変動に悩まされてきた。ソリッドモデリングおよび実験室試験は、本プロセスで使用するアンビルが、サイドシーム接着機の超音波動作周波数に近い共振周波数を持つことを示している。超音波動作周波数がアンビル共振周波数に近い時、アンビルは、接着強度（より高い変動性、より低い接着効率）、発生器電力要件、発生器動作安定性、超音波部品信頼性、および超音波部品寿命に一般的には弊害をもたらすような方法で振動する。
【発明の概要】
【０００６】
共振周波数が超音波動作周波数より十分に低いアンビルシステムは、接着強度変動性の低下、接着効率の増加、一貫して高い平均強度、発生器障害によるダウンタイムの短縮、および超音波システム部品の故障間の平均時間の延長をもたらすことになる。本開示のアンビルシステムは、超音波動作周波数よりもかなり低い固有周波数を持つアンビルシステムである。
【０００７】
本開示は一般に、超音波接着機で使用するためのアンビルシステムを対象とし、アンビルシステムは、軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および少なくとも一つのアンビルバー長手方向端部中にアンビル開口部を持つアンビルバーであって、アンビル開口部がアンビル開口部内面を持つアンビルバーと、アンビルバーから分離しアンビル開口部中に部分的に配置されたシャフトであって、シャフトが円周面を持ちアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長するシャフトと、シャフト円周面とアンビル開口部内面の間のシャフト上に配置された第一の弾性シャフトＯリングとを含むアンビル組立品、第一の取付金具穴をその中に持つ第一の取付金具であって、取付金具穴が穴面を持つ第一の取付金具、第一の取付金具穴に配置されシャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第一のブッシングであって、第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ第一のブッシング、およびシャフト円周面とブッシング内面の間のシャフト上に配置された第二の弾性シャフトＯリングを含む。
【０００８】
本開示は、超音波接着機で使用するためのアンビルシステムをも対象とし、アンビルシステムは、軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで通り抜けるアンビル開口部を持つアンビルバーであって、アンビル開口部がアンビル開口部内面を持つアンビルバーと、アンビルバーから分離しアンビル開口部内に部分的に配置されたシャフトであって、シャフトが円周面を持ち両方のアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長するシャフトと、シャフト円周面とアンビル開口部内面の間に配置されたシャフト分離システムとを含むアンビル組立品、第一の取付金具穴をその中に持つ第一の取付金具であって、取付金具穴が穴面を持つ第一の取付金具、第一の取付金具穴に配置されシャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第一のブッシングであって、第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ第一のブッシング、およびシャフト円周面とブッシング内面の間に配置された第一の取付台分離システムを含む。
【０００９】
本開示は、超音波接着機のアンビルバーの固有周波数を減少させるための方法もさらに対象とし、前記方法はアンビルバー・シャフトの組み合わせを生成する工程であって、アンビルバーが軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで通り抜けるアンビル開口部を持ち、アンビル開口部がアンビル開口部内面を持ち、シャフトがアンビルバーから分離しアンビル開口部内に部分的に配置されており、シャフトが円周面を持ち両方のアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長する工程と、シャフト円周面とアンビル開口部内面の間にシャフト分離システムを配置する工程と、第一の取付金具穴に配置された第一のブッシングを使用して、第一の取付金具穴を持つ第一の取付金具にアンビルバー・シャフトの組み合わせを取り付ける工程であって、第一の取付金具穴が穴面を持ち、第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ工程と、ブッシング内面とシャフト円周面の間に第一の取付台分離システムを配置する工程とを含む。
【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】超音波接着機の一つのステーションに対する超音波ホーンおよびアンビルの一般的配置を示した概略図である。
【図２】図１のアンビル組立品の自己整合機能を示す立面図である。
【図３】内部部品を示す、本開示のアンビル組立品の分解斜視図である。
【図４】シャフトと接触しているＯリングの有効ばね定数を計算するために使用された式を概略的に表現したものである。
【図５】スチールシャフトと接触している、２つの異なるＯリングサイズの単一のＯリングおよび３つのＯリングに対する有効ばね定数Ｋｅのグラフ表示である。
【図６】２つの異なるＯリングサイズの１、３、および１７個のＯリングを持つアンビル組立品の固有周波数ｆnaturalのグラフ表示である。
【図７】超音波コンバータ、ホーン、およびアンビルの集中パラメータ機械システムモデルの回路図である。
【図８】伝達率の相対的な大きさの周波数応答プロットであり、音波ホーンおよびコンバータからの所定の入力変位に対するアンビル変位である。
【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】
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。このようなホーン／アンビル対の一般的配置を図１に示す。超音波接着機１０は、ウェブ２０の幅にわたって往復して横切り、ウェブ方向と直角に接着を形成する音波ホーン１５を持つ。アンビル組立品３０は、ドラム構造（非表示）に取り付けられたブッシングに保持されたジャーナル上で旋回する。各アンビルバー３４は、各端部から突き出たシャフトジャーナルを持つ長方形のスチールバーでありうる。現在のデザインのサイドシーム接着機上のアンビルバー３４は、アンビルバー３４に不可欠なジャーナル上に保持されている。ジャーナルは、サイドシーム接着機ドラム構造にしっかりとボルト止めした取付金具８０の一部であるシャフトブッシング中に保持される。アンビルジャーナルはシャフトブッシングによって保持され、アンビル組立品３０が自由に旋回し、音波ホーン１５と整列することを可能にする。現在のアンビルの問題は、アンビルがその質量に比べて非常に硬いことである。現在のアンビルシステム構成の剛性およびアンビルの質量は合わせて、５００  Ｈｚを超える基本共振周波数、および数万Ｈｚに拡大する高調波を持つアンビルを生成する。従って、アンビルは超音波ホーン動作周波数に近い振動モードを持つ。
【００１５】
音波ホーンが現在のアンビルシステムに接触する時、アンビルは音波ホーンと等しい振幅で振動するが、必ずしも音波ホーンと同調して振動するわけではない。これは、発生器が時には過負荷となり停止するほどの、音波発生器の出力および動作周波数の変動をもたらす。発生器による出力が必ずしも接着の有用な作業を行うために使われずに、代わりにシステム部品で熱を生成するのに使われるため、出力および周波数のこの高度の変動性は不良な接着品質も生み出す。
【００１６】
共振周波数が超音波動作周波数より十分に低いアンビルシステムは、接着強度変動性の低下、接着効率の増加、一貫して高い平均強度、発生器障害によるダウンタイムの短縮、および超音波システム部品の故障間の平均時間の延長をもたらすことになる。本開示のアンビルシステム２５は、超音波動作周波数よりもかなり低い固有周波数を持つアンビルシステム２５である。アンビルシステム２５は図２に示すように以前のアンビル組立品３０の自己整合機能も維持する。
【００１７】
本開示のアンビルシステム２５は、ホーン振動に対するアンビルの激しい振動反応というサイドシーム接着機の長年の問題を解決する。旋回運動による自己整合機能と併せた時、この解決策はサイドシーム接着機をより高い水準の生産性に持っていく可能性を提供する。超音波接着機１０のための本開示の分離システムは任意の望ましい接着パターンと共に使用できることに注意すべきである。
【００１８】
理想的な状況は、振動せずに完全に不動であるかのように作動するアンビルを有することであろう。これは、例えば、振動機がばね上に保持されたベースの上に載っている振動システムで可能である。機械の質量とばねのコンプライアンスの組み合わせは、固有共振周波数を持つ機械システムをもたらす。機械がシステムの共振周波数よりもかなり高い周波数の振動を生成する速度で動作する場合、機械は不動ベース上に据えられているかのように見える。機械がサポートの共振周波数に近い周波数で動作する場合、サポートは大きく振動する。機械が共振周波数よりもずっと低い周波数で動作する場合、システムは入力と同じ振幅および周波数で振動する。
【００１９】
図３は、本開示のアンビルシステム２５の詳細を示す。アンビルシステム２５はアンビル組立品３０を含み、アンビルバー３４のサポートはアンビルバー３４自体とはもはや一体ではない。アンビル組立品３０は、２つのアンビルバー長手方向端部３８、４２、アンビル開口部４６、ならびに軸方向および円周方向５０、５４を持つアンビルバー３４を含む。アンビル開口部４６は一つまたは両方のアンビル長手方向端部３８、４２の中に部分的に延長し、アンビルバー３４の長さ全体を通って軸方向５０に延長することができる。アンビル開口部４６はアンビル開口部内面５８を含む。
【００２０】
アンビル組立品３０は、シャフト円周面６４および２つのシャフト端部６８を持つ少なくとも一つのシャフト６０も含む。シャフト６０がアンビル開口部４６内に少なくとも部分的に配置され、シャフト６０の一部がアンビル長手方向端部３８、４２を超えて延長するように、シャフト６０はアンビル開口部４６の内径よりも小さいシャフト直径を持つ。シャフト６０はアンビル開口部４６を通って延長し、両方のアンビルバー長手方向端部３８、４２から延長する一つの部品でもよく、またはシャフト６０は複数の部品でもよい。
【００２１】
アンビル組立品３０は、アンビル開口部内面５８とシャフト円周面６４の間に配置されたシャフト分離システム７０も含む。シャフト分離システム７０は、シャフト円周面６４とアンビル開口部内面５８の間のシャフト上に取り付けられた一つまたは複数のシャフトＯリング７５を含むことができる。これらのシャフトＯリング７５は、シャフト６０をアンビルバー３４から分離して、アンビルバー３４のばね取付台の役割をする適合した接続を形成する。
【００２２】
アンビルシステム２５は、アンビル組立品３０とサイドシーム接着機の間に境界面を提供するために取付金具８０も含む。取付金具８０は、ブッシング９０およびアンビル組立品３０を受け入れるための取付金具穴８４を含み、取付金具穴８４は穴面８８を含む。ブッシング９０はブッシング内面９４およびブッシング外面９８を含む。アンビルシステム２５は第一および第二の取付台分離システム１００、１０４も含みうる。第一の取付台分離システム１００では、一つまたは複数の追加的弾性シャフトＯリング７５がシャフト円周面６４とブッシング内面９４の間のシャフト６０上に取り付けられている。これらのシャフトＯリング７５は、シャフト６０をブッシング９０から分離して、シャフト６０のばね取付台の役割をする伸展性の接続を形成する。
【００２３】
随意に、第二の取付台分離システム１０４は、ブッシング外面９８と穴面８８の間のブッシング９０上に取り付けられたブッシングＯリング１０８を含む。これらのブッシングＯリング１０８は、取付金具８０をブッシング９０から分離して、ブッシング９０のばね取付台の役割をする伸展性の接続を形成する。
【００２４】
アンビルシステム２５は、図３に示されたものと同一の取付金具８０、ブッシング９０、および取付台分離システム１００、１０４配置を反対側のアンビルバー長手方向端部４２上に含むか、または反対側のアンビルバー長手方向端部４２は任意の適切な取付システムを含みうる。
【００２５】
アンビルシステム２５は、アンビルバー長手方向端部３８と取付金具８０の間に伸展性の接続を提供するためにアンビルバー長手方向端部３８と取付金具８０の間のシャフト６０の周りに配置された弾性座金１１２も含みうる。座金１１２はゴムまたはその他任意の適切な材料から作製できる。
【００２６】
アンビルシステム２５は、ブッシング９０とシャフト６０の間に伸展性の接続を提供するために、シャフト端部６８に隣接したブッシング９０内に配置された弾性ボール１１６も含みうる。ボール１１６はゴムまたはその他任意の適切な材料から作製できる。
【００２７】
アンビルバー３４と一体となっているシャフト６０を取り除き、さまざまな弾性部品を追加すると、高調波を含めおよそ１０，０００Ｈｚ未満の、ずっと低い固有周波数を持つアンビルバー３４をもたらす。適切な弾性部品を選択することにより、アンビルバー３４の質量と組み合わせた時、アンビルバー３４の共振周波数が超音波動作周波数の約１％〜１０％となるように、アンビルバー支持構造の剛性を調整することができる。結果として、アンビルバー３４および音波ホーン１５は異なる固有周波数を持ち、音響結合しない。
【００２８】
共振周波数減少の望ましい結果が達成されたことを確実にするため、多くの分析および試験が実施された。
【００２９】
分析では、さまざまな制約下の梁の固有周波数の計算に使用された式および係数が使用された。Ｈａｒｒｉｓ，  Ｃ．Ｍ．  ａｎｄ  Ｐｉｅｒｓｏｌ  Ａ．Ｇ．，  Ｓｈｏｃｋ  Ａｎｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，  ５ｔｈ  ｅｄ．，  ２００２  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，  ｐ．  １．１３を参照。この場合、さまざまなサポート構成下の均一な梁の最初の５つの固有周波数に対する式および係数が使用された。この場合、梁は単に各端部上に保持された。表１は、本開示に記述したタイプの典型的なアンビルの寸法の自由振動する鋼製梁に対する最初の５つの振動モードの固有周波数を示す。
【００３０】
【数１】
2018538160.tif 000003
【００３１】
【表１】
2018538160.tif 000004
【００３２】
長さＬの中央で（例えば、それ自体の重量下で）均一に積載された梁の有効ばね定数。有効ばね定数は梁の中心で最小となる。
【００３３】
【数２】
2018538160.tif 000005
【００３４】
Ｏリング取付台の剛性はアンビルの曲げ剛性よりも１桁以上小さい。このため、柔軟なＯリング上に取り付けられたアンビルは質量Ｍの剛体としての機能を果たす傾向がある。図４は、直径Ｄ１の鋼製シャフトを簡略に示し、本体直径Ｄ２のＯリング上に保持されている。半径方向５４のたわみｙは、アンビルに音波ホーンからの下向きの力Ｆを装荷した時、シャフトがＯリングの中に沈む量を示す。
【００３５】
Ｏリングのｙ−たわみの関数としての力：
【００３６】
【数３】
2018538160.tif 000006
【００３７】
Ｏリングのｙ−たわみの関数としての有効ばね定数：
【００３８】
【数４】
2018538160.tif 000007
【００３９】
ここで、
【００４０】
【数５】
2018538160.tif 000008
【００４１】
【数６】
2018538160.tif 000009
【００４２】
図５は、直径がたわみよりも１０倍以上大きい鋼製シャフトと接触した時の一つまたは複数のＯリングの有効ばね定数を示す。３つのＯリングの有効ばね定数でも、均一に分布した加重が負荷された梁としてモデル化されたアンビルの中央での有効ばね定数よりもずっと小さいことがわかる。均一に分布した加重は加速度により作用する梁の質量である。
【００４３】
図６は、Ｏリングの有効ばね定数および剛性の梁の質量の組み合わせから生じる固有周波数を示す。図６は、１７個のＯリングでも、固有周波数は梁の第一のモードの固有周波数の６分の１より小さいことを示す。
【００４４】
図７は、超音波コンバータ、ホーン、およびアンビルシステムの集中パラメータ機械モデルの回路図である。コンバータは入力電圧によって励起される時、変位Ｘ１を経験する。コンバータ変位は、ここでは純粋なばねとしてモデル化された音波ホーンの一つの端部に作用し、アンビルに力を加えてアンビルＸ２に変位を生じる。振動システムの入出力関係はシステムの伝達率と呼ばれる。伝達率は、任意の周波数での入力変位に応じた物体の反応の尺度と考えることができる。
【００４５】
図８は、３，０００Ｈｚ、４，０００Ｈｚ、および１０，０００Ｈｚで自然に振動するアンビルを持つ超音波システムに対する伝達率周波数反応プロットである。１０，０００Ｈｚより高い振動モード周波数を持つアンビルは、４０ＫＨｚ超音波ホーンによって励起された時、減衰を経験しない。図８は、アンビルが超音波ホーンの動作周波数の約１０％より大きな周波数モードを持ってはならないという事を示す。１７個の等間隔Ｏリングを持つＯリング保持アンビルおよび約１００Ｈｚの固有周波数を持つ４０ＫＨｚ超音波システムは、６番目の調波まで１０，０００Ｈｚをはるかに下回る調波周波数を持つようになる。
【００４６】
【数７】
2018538160.tif 000010
【００４７】
式（６）を使用するには、コンバータおよびアンビルの質量、コンバータおよびアンビルの共振周波数、およびコンバータおよびアンビルの減衰比の予測値を知る必要がある。超音波コンバータおよびアンビルの減衰比は典型的には中等度〜軽度であり、ζ１，ζ２≦０．７。
【００４８】
第一の特定態様では、超音波接着機で使用するためのアンビルシステムは、軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および少なくとも一つのアンビルバー長手方向端部中にアンビル開口部を持つアンビルバーであって、アンビル開口部がアンビル開口部内面を持つアンビルバーと、アンビルバーから分離しアンビル開口部中に部分的に配置されたシャフトであって、シャフトが円周面を持ちアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長するシャフトと、シャフト円周面とアンビル開口部内面の間のシャフト上に配置された第一の弾性シャフトＯリングとを含むアンビル組立品、第一の取付金具穴をその中に持つ第一の取付金具であって、取付金具穴が穴面を持つ第一の取付金具、第一の取付金具穴に配置されシャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第一のブッシングであって、第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ第一のブッシング、およびシャフト円周面とブッシング内面の間のシャフト上に配置された第二の弾性シャフトＯリングを含む。
【００４９】
第二の特定態様は第一の特定の態様を含み、ブッシング外面と穴面の間の第一のブッシング上に配置された弾性ブッシングＯリングをさらに備える。
【００５０】
第三の特定態様は第一および／または第二の態様を含み、アンビル開口部は一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで延長し、シャフトはアンビル開口部を通り、両方のアンビルバー長手方向端部を超えて延長する。
【００５１】
第四の特定態様は態様１〜３の一つまたは複数を含み、第一の取付金具と反対側のアンビルバー長手方向端部に配置された第二の取付金具をさらに備え、第二の取付金具はその中に第二の取付金具穴を持つ。
【００５２】
第五の特定態様は態様１〜４の一つまたは複数を含み、第二の取付金具穴に配置されシャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第二のブッシングをさらに備え、第二のブッシングは第二のブッシング内面および第二のブッシング外面を持つ。
【００５３】
第六の特定態様は態様１〜５の一つまたは複数を含み、シャフト円周面と第二のブッシング内面の間のシャフト上に配置された第三の弾性シャフトＯリングをさらに備える。
【００５４】
第七の特定態様は態様１〜６の一つまたは複数を含み、アンビルバー長手方向端部と第一の取付金具の間のシャフトの周りに配置された弾性座金をさらに備える。
【００５５】
第八の特定態様は対照１〜７の一つまたは複数を含み、シャフトの端部に隣接する第一のブッシング内に配置された弾性ボールをさらに備える。
【００５６】
第九の特定態様は態様１〜８の一つまたは複数を含み、アンビルバーはシャフトに対して径方向に移動可能なように構成されている。
【００５７】
第十の特定態様は態様１〜９の一つまたは複数を含み、アンビルバーは取付金具に対して回転旋回するように構成されている。
【００５８】
第十一の態様では、超音波接着機で使用するためのアンビルシステムは、軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで通り抜けるアンビル開口部を持つアンビルバーであって、アンビル開口部がアンビル開口部内面を持つアンビルバーと、アンビルバーから分離しアンビル開口部内に部分的に配置されたシャフトであって、シャフトが円周面を持ち両方のアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長するシャフトと、シャフト円周面とアンビル開口部内面の間に配置されたシャフト分離システムとを含むアンビル組立品、第一の取付金具穴をその中に持つ第一の取付金具であって、取付金具穴が穴面を持つ第一の取付金具、第一の取付金具穴に配置されシャフトの端部を収容するようにサイズ調整された第一のブッシングであって、第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ第一のブッシング、およびシャフト円周面とブッシング内面の間に配置された第一の取付台分離システムを含む。
【００５９】
第十二の特定態様は第十一の特定態様を含み、ブッシング外面と第一の取付金具穴の穴面の間の第一のブッシング上に配置された第二の取付台分離システムをさらに備える。
【００６０】
第十三の特定態様は第十一および／または第十二の態様を含み、シャフト分離システムはシャフト上に配置された少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む。
【００６１】
第十四の特定態様は態様１１〜１３の一つまたは複数を含み、第一の取付台分離システムは、シャフト上に配置された少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む。
【００６２】
第十五の特定態様は態様１１〜１４の一つまたは複数を含み、アンビルバー長手方向端部と第一の取付金具の間のシャフトの周りに配置された弾性座金をさらに備える。
【００６３】
第十六の特定態様では、超音波接着機のアンビルバーの固有周波数を減少させるための方法は、アンビルバー・シャフトの組み合わせを生成する工程であって、アンビルバーが軸方向、２つのアンビルバー長手方向端部、および一つのアンビルバー長手方向端部からもう一方のアンビルバー長手方向端部まで通り抜けるアンビル開口部を持ち、アンビル開口部がアンビル開口部内面を持ち、シャフトがアンビルバーから分離しアンビル開口部内に部分的に配置されており、シャフトが円周面を持ち両方のアンビルバー長手方向端部を超えて外向きに延長する工程と、シャフト円周面とアンビル開口部内面の間にシャフト分離システムを配置する工程と、第一の取付金具穴に配置された第一のブッシングを使用して、第一の取付金具穴を持つ第一の取付金具にアンビルバー・シャフトの組み合わせを取り付ける工程であって、第一の取付金具穴が穴面を持ち、第一のブッシングがブッシング内面およびブッシング外面を持つ工程と、ブッシング内面とシャフト円周面の間に第一の取付台分離システムを配置する工程とを含む。
【００６４】
第十七の特定態様は第十六の特定態様を含み、ブッシング外面と第一の取付金具穴の穴面の間に第二の取付台分離システムを配置する工程をさらに含む。
【００６５】
第十八の特定態様は第十六および／または第十七の態様を含み、第二の取付台分離システムはブッシング外面上に配置された少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む。
【００６６】
第十九の特定態様は態様１６〜１８の一つまたは複数を含み、シャフト分離システムおよび第一の取付台分離システムはそれぞれ、シャフト上に配置された少なくとも一つの弾性Ｏリングを含む。
【００６７】
第二十の特定態様は態様１６〜１９の一つまたは複数を含み、超音波接着機は動作周波数を持ち、アンビルバーの固有周波数は動作周波数の１０％以下である。
【００６８】
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。
【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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【国際調査報告】
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