ES2175169T5 - Sistema y metodo de ultrasonidos. - Google Patents

Sistema y metodo de ultrasonidos.

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ES2175169T5 ES96943635T ES96943635T ES2175169T5 ES 2175169 T5 ES2175169 T5 ES 2175169T5 ES 96943635 T ES96943635 T ES 96943635T ES 96943635 T ES96943635 T ES 96943635T ES 2175169 T5 ES2175169 T5 ES 2175169T5
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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO Y SISTEMA DE ULTRASONIDOS PARA CAMBIAR DE MANERA INTERMITENTE EL ESTADO DE UNA PIEZA DE TRABAJO. EL SISTEMA ULTRASONICO INCLUYE UN EMISOR DE ULTRASONIDOS Y UN RODILLO DE APOYO GIRATORIO SITUADOS PARA FORMAR UNA LINEA DE TANGENCIA EN ESTRECHA RELACION MUTUA. O EL EMISOR DE ULTRASONIDOS O EL RODILLO DE APOYO GIRATORIO INCLUYE UNA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR QUE TIENE UNA PRIMERA LONGITUD (40) QUE TIENE UNA PRIMERA MAGNITUD DE SUPERFICIE POR UNIDAD DE LONGITUD DE LA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR RESPECTIVA, Y UNA SEGUNDA LONGITUD (42) QUE TIENE UNA MENOR MAGNITUD DE SUPERFICIE POR UNIDAD DE LONGITUD DE LA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR RESPECTIVA. CUANDO SE APLICA ENERGIA ULTRASONICA AL EMISOR DE ULTRASONIDOS, LA SEGUNDA LONGITUD CAMBIA EL ESTADO DE LA PIEZA DE TRABAJO AL APLICARSE A LA LINEA DE TANGENCIA, PERO LA PRIMERA LONGITUD NO VARIA DICHO ESTADO. EL CAMBIO DE ESTADO SE PRODUCE PORQUE LA DISMINUCION DE LA SUPERFICIE A LO LARGO DE LA SEGUNDA LONGITUD (42) AUMENTA LA ENERGIA ULTRASONICA POR UNIDAD DE AREA, TAL COMO SE APLICA A LA LINEA DE TANGENCIA, AL MENOS AL UMBRAL NECESARIO PARA CAMBIAR EL ESTADO. LOS CAMBIOS DE ESTADO DE LA PIEZA DE TRABAJO INCLUYEN LA UNION CON DOS O MAS CAPAS DE MATERIAL, EL CORTE DE UNA O MAS CAPAS DE MATERIAL O SIMILARES. LA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR DE TRABAJO DEL EMISOR DE ULTRASONIDOS Y/O DEL RODILLO DE APOYO GIRATORIO PUEDE ESTAR PROVISTA DE VARIOS PATRONES Y DISEÑOS PARA TRABAJAR LA PIEZA DE TRABAJO. EN UNA REALIZACION, UNA PRIMERA LONGITUD DISCRETA DE UN PATRON SE REPITE VARIAS VECES EN UNA SOLA ROTACION DEL RODILLO DE APOYO O DEL EMISOR DE ULTRASONIDOS CON SEGUNDAS LONGITUDES DISCRETAS RESPECTIVAS ENTRE MEDIO. EN OTRA REALIZACION, EL RODILLO DE APOYO O EL EMISOR DE ULTRASONIDOS INCLUYE PARTES LATERALES CONTRAPUESTAS EN UNO U OTRO LADO DE UNA ZONA CENTRAL, DONDE LA ZONA CENTRAL INCLUYE EL PATRON Y POR TANTO LA SUPERFICIE REDUCIDA. EL PATRON PUEDE INCLUIR SUPERFICIES PLANAS QUE SE EXTIENDAN DESDE UNA SUPERFICIE BASESUBYACENTE HASTA UN RADIO, EN LA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR RESPECTIVA, EN COMUN CON EL RADIO DE LA PRIMERA LONGITUD DE LA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR. AL TENER LAS SUPERFICIES PLANAS DE LA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR DE LA SEGUNDA LONGITUD EN EL MISMO RADIO QUE LA SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR DE LA PRIMERA LONGITUD, EL EMISOR DE ULTRASONIDOS O RODILLO DE APOYO RESPECTIVO COMPRENDE UN RADIO CONSTANTE EN SU SUPERFICIE RADIAL EXTERIOR, DE MODO QUE EL SISTEMA DE ULTRASONIDOS QUEDA SUSTANCIALMENTE LIBRE DE CAMBIOS DE TENSION EN LA PIEZA DE TRABAJO PROVOCADOS POR CARACTERISTICAS SUPERFICIALES DEL EMISOR DE ULTRASONIDOS O DEL RODILLO DE APOYO GIRATORIO.

Description

Sistema y método de ultrasonidos.
Campo técnico
Esta invención se refiere en general a un sistema ultrasónico que comprende un aplicador o "cuerno" ultrasónico y un rodillo de yunque rotatorio. Existen sistemas ultrasónicos para unir o cortar materiales. El cuerno ultrasónico aplica energía ultrasónica que efectúa la unión de un material que atraviesa un estrechamiento o intersticio entre el cuerno ultrasónico y el rodillo de yunque rotatorio.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un sistema ultrasónico, incluyendo preferiblemente dicho sistema un "cuerno" ultrasónico giratorio, y un método para el uso del mismo.
Es conocido el aplicar energía ultrasónica a un aplicador o "cuerno" ultrasónico giratorio mientras se hace girar el cuerno contra una pieza a trabajar que avanza de forma continua. La patente U.S.A. 5.110.403 de Ehlert da a conocer un cuerno ultrasónico giratorio, aparentemente para aplicar energía ultrasónica a una pieza a trabajar a lo largo de una línea continua de montaje entre la pieza a trabajar y la superficie radial, o de trabajo, del cuerno.
La solicitud de patente con número de serie 08/381.363, documento del representante número 11.460, registrado el 31 de enero de 1995, en nombre de Rajala y otros, y de cesión común aquí, enseña una protuberancia que se extiende desde la superficie de trabajo más externa del cuerno ultrasónico, o del yunque, para aplicar energía ultrasónica a una o más piezas a trabajar en localizaciones separadas.
La técnica está desprovista de aparatos y métodos para efectuar una aplicación intermitente o espaciada de energía ultrasónica a una o más piezas a trabajar sin utilizar una protuberancia en el cuerno ultrasónico o el yunque.
Es un objeto de la invención proveer un método para procesar una pieza a trabajar utilizando energía ultrasónica para proveer un cambio intermitente de la condición de la pieza a trabajar, mientras se mantiene constante el radio de la superficie radial exterior, libre de protuberancias.
Es otro objeto disponer un sistema ultrasónico, que incluye un rodillo de yunque rotatorio que tiene una primera longitud con una primera cantidad de área de superficie por unidad de longitud en la superficie radial de trabajo exterior, y una segunda longitud con una cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud en la superficie radial de trabajo exterior, de manera que la condición de una pieza a trabajar es cambiada a medida que la pieza a trabajar pasa a través de un estrechamiento entre el rodillo de yunque rotatorio y el cuerno ultrasónico.
Aún otro objeto es dotar las longitudes primera y segundo, de una superficie radial exterior de uno del rodillo de yunque rotatorio y cuerno ultrasónico, con salientes que forman un dibujo en la superficie radial exterior respectiva, de manera que los salientes tienen un área de superficie reducida por unidad de longitud por dónde la energía ultrasónica generada por el cuerno ultrasónico cambia la condición de una pieza a trabajar que pasa a través del estrechamiento entre el rodillo de yunque rotatorio y el cuerno ultrasónico.
Es todavía otro objeto disponer los salientes como un dibujo "X-Y" en la superficie radial exterior, los salientes se extienden preferiblemente desde una superficie de base subyacente a un ángulo inclinado hacia dentro de entre unos 5 grados y unos 25 grados con respecto a un ángulo perpendicular a la superficie de base.
Es un objeto adicional disponer un cuerno ultrasónico y rodillo de yunque rotatorio que cambian de manera intermitente, con energía ultrasónica, la condición de un material que pasa entre ellos, mientras se mantiene al mismo tiempo de manera substancial a la pieza a trabajar libre de cambios en la tensión causados por las características de la superficie del rodillo de yunque rotatorio o del cuerno ultrasónico.
Características de la invención
Esta invención se refiere a sistemas ultrasónicos y métodos para cambiar de manera intermitente la condición en una pieza a trabajar. El término cambiar la condición en la pieza a trabajar se define como unir juntas como mínimo dos capas de material en la pieza a trabajar. El sistema incluye un rodillo de yunque y un cuerno ultrasónico que cambian la condición en la pieza a trabajar. Uno del rodillo de yunque o del cuerno ultrasónico tiene un radio substancialmente constante a lo largo de una primera longitud, y una segunda longitud que tiene de manera substancialmente el mismo radio que la primera longitud, pero un área de superficie reducida. El área de superficie reducida permite una mayor densidad por unidad de área de energía ultrasónica a lo largo de la segunda longitud, lo que cambia la condición de la pieza a trabajar.
En un aspecto, la presente invención reside en un sistema ultrasónico tal como se define en la reivindicación 1.
En una realización, la superficie radial exterior tiene un radio substancialmente constante que se extiende de manera substancial alrededor de la circunferencia. Una primera porción de la primera longitud y una segunda porción de la segunda longitud pueden mantener constantes unos primer y segundo radios alrededor de la circunferencia.
En otro aspecto de la invención, la pieza a trabajar atraviesa el sistema ultrasónico substancialmente libre de cambios en la tensión causados por características de superficie de cualesquiera del cuerno ultrasónico o el rodillo de yunque rotatorio.
La segunda longitud incluye un dibujo de salientes que se extiende desde una superficie de base subyacente. En una realización, el dibujo comprende un dibujo X-Y. Los salientes se extienden preferiblemente hacia fuera desde una superficie de base en aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas). Los salientes se extienden generalmente desde la superficie de base a un ángulo inclinado hacia dentro de entre unos 5 grados hasta unos 25 grados, preferentemente unos 15 grados, con respecto a un ángulo perpendicular a la superficie de base.
En una realización, la superficie radial exterior del rodillo de yunque rotatorio incluye una primera región central que tiene un primer radio constante máximo respecto a la circunferencia respectiva, la superficie radial exterior incluye la primera y la segunda longitud, y segundas y terceras regiones dispuestas en lados opuestos de la primera región central, teniendo las regiones laterales segunda y tercera los respectivos segundo y tercer radios máximos menores que el primer radio máximo de la primera región central. Los radios segundo y tercero son generalmente más pequeños que el primer radio máximo en aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
En otra realización, la totalidad de la primera longitud de la superficie radial exterior del rodillo de yunque rotatorio comprende una característica de superficie generalmente uniforme a un primer radio máximo respectivo, teniendo una primera anchura efectiva, la segunda longitud de la superficie radial exterior tiene la misma característica de superficie generalmente uniforme a un segundo radio máximo respectivo, y una segunda anchura más estrecha, y define, por tanto, la segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud de la superficie radial exterior.
En realizaciones preferentes, como mínimo una de las capas que son unidas pueden comprender polipropileno.
En otro aspecto de la invención, el rodillo de yunque rotatorio transporta la pieza a trabajar a través del estrechamiento a una velocidad de desde unos 0,254 m/seg (50 pies/minuto) hasta unos 6,10 m/seg (1200 pies/minuto). El sistema ultrasónico puede generar preferentemente desde unos 4,65 julios/centímetros cuadrados (J/cm^{2}) (30 julios/pulgadas cuadradas) hasta unos 155 J/cm^{2} (1000 julios/pulgada cuadrada) de energía a lo largo de la segunda longitud de la superficie radial exterior. La pieza a trabajar puede ser transportada a través del estrechamiento a una velocidad tal que la energía ultrasónica es aplicada a una localización dada de la pieza a trabajar durante un período de entre unos 0,0001 segundos y unos 0,0010 segundos. El cuerno ultrasónico giratorio y el rodillo de yunque rotatorio pueden girar a una velocidad lineal común a respectivas superficies radiales exteriores.
En algunas realizaciones, el cuerno ultrasónico comprende un cuerno ultrasónico giratorio. El cuerno ultrasónico giratorio y el rodillo de yunque rotatorio, en combinación, pueden aplicar una fuerza compresiva a la pieza a trabajar en el estrechamiento. El cuerno ultrasónico giratorio tiene un diámetro de entre unos 7,62 cm (3 pulgadas) hasta unos 17,8 cm (7 pulgadas) y un grosor de entre unos 2,54 cm (1 pulgada) hasta unos 10,2 cm (4 pulgadas). La energía ultrasónica producida normalmente por el sistema ultrasónico no puede crear una condición cambiada en la pieza a trabajar en el estrechamiento cuando la primera longitud de la superficie radial exterior del rodillo de yunque rotatorio está en el estrechamiento.
En otra realización de la invención, la superficie radial exterior del rodillo de yunque rotatorio tiene una tercera longitud que define una tercera cantidad de área de superficie por unidad de longitud mayor que el área de superficie por unidad de longitud de la segunda longitud, y una cuarta longitud que define una cuarta cantidad de área de superficie por unidad de longitud substancialmente igual al área de superficie por unidad de longitud de la segunda longitud, estando dispuestas las longitudes primera, segunda, tercera y cuarta en orden secuencial respecto a la superficie radial exterior del rodillo de yunque rotatorio.
En otra realización, los salientes se extienden desde substancialmente todas las áreas de la superficie radial exterior del la segunda longitud.
Aún en otra realización, los salientes están confinados dentro de una región central de la superficie radial exterior de la segunda longitud.
La invención comprende, además, un sistema ultrasónico tal como se define en la reivindicación 12.
En otra realización, la primera superficie externa radial tiene un primer radio máximo sustancialmente constante que se extiende sustancialmente alrededor de la primera circunferencia y la segunda superficie radial externa tiene un segundo radio máximo sustancialmente constante que se extiende sustancialmente alrededor de la segunda circunferencia.
En otra realización, como mínimo una primera porción de la primera longitud y una segunda porción de la segunda longitud mantienen unos radios máximos constantes primero y segundo alrededor de la circunferencia.
En otra realización, una de las superficies radiales exteriores primera o segunda que tiene las longitudes primera y segunda, incluye una primera región central que tiene un primer radio constante máximo respecto a la respectiva circunferencia de una de las circunferencias primera y segunda, una de las superficies radiales exteriores primera y segunda incluye regiones laterales segunda y tercera dispuestas en lados opuestos de la primera región central, teniendo las regiones laterales segunda y tercera los radios respectivos máximos segundo y tercero, menores que el primer radio máximo de la primera región central. Los radios máximos segundo y tercero son más pequeños que el primer radio máximo entre aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
En otra realización, las regiones laterales segunda y tercera, incluyendo los radios máximos segundo y tercero, se extienden de manera substancial alrededor de la totalidad de la circunferencia de una de las superficies radiales exteriores primera o segunda.
Aún más, en otra realización, de manera substancial la totalidad de la primera longitud de la respectiva superficie radial exterior, comprende una característica de superficie generalmente uniforme a un primer radio máximo respectivo, que tiene una primera anchura efectiva, teniendo la segunda longitud de la respectiva superficie radial exterior la misma característica de superficie generalmente uniforme a un segundo radio máximo del mismo, y una segunda anchura más estrecha, y por tanto, definiendo la segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud de la respectiva superficie radial
exterior.
La invención comprende de forma adicional un método para cambiar intermitentemente la condición en una pieza a trabajar tal como se define en la reivindicación 33.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista lateral de un aparato de procesamiento que incluye el aparato de la invención.
La figura 2 muestra una vista lateral de un rodillo de yunque de la invención.
La figura 3 muestra una vista en sección transversal del rodillo de yunque, tomada desde 3-3 de la figura 2.
La figura 4 muestra una vista de planta de una superficie radial exterior del rodillo de yunque tomada desde 4-4 de la figura 2, ignorando el radio de curvatura.
La figura 4A muestra una vista en sección transversal de la superficie radial exterior tomada desde 4A-4A de la figura 4.
La figura 4B muestra una vista en sección transversal de la superficie radial exterior tomada desde 4B-4B de la figura 4.
La figura 5 muestra una vista en planta de una segunda realización de una superficie radial exterior de tanto un cuerno ultrasónico giratorio o un rodillo de yunque rotatorio, ignorando el radio de curvatura.
La figura 5A muestra una vista en sección transversal de la superficie radial exterior tomada desde 5A-5A de la figura 5.
La figura 5B muestra una vista en sección transversal de la superficie radial exterior tomada desde 5B-5B de la figura 5.
La figura 6 muestra una vista en planta de una tercera realización de una superficie radial exterior de ya sea un cuerno ultrasónico giratorio como un rodillo de yunque rotatorio, ignorando el radio de curvatura.
La figura 6A muestra una vista en sección transversal de la superficie radial exterior tomada desde 6A-6A en la figura 6.
La figura 6B muestra una vista en sección transversal de la superficie radial exterior tomada desde 6B-6B en la figura 6.
La figura 7 muestra una vista en planta de una cuarta realización de una superficie radial exterior ya sea de un cuerno ultrasónico giratorio como de un rodillo de yunque rotatorio, ignorando el radio de curvatura.
La figura 8 muestra una vista en planta de una pieza a trabajar después de haber sido trabajada por el aparato de la figura 1.
La figura 9 muestra una vista en planta más cercana de los salientes que forman un dibujo en una superficie radial exterior de un cuerno ultrasónico giratorio o un rodillo de yunque rotatorio.
La figura 10 muestra una vista en sección transversal de un saliente tomada desde 10-10 en la figura 9.
La figura 11 muestra una vista en planta de una quinta realización de una superficie radial exterior de ya sea un cuerno ultrasónico giratorio o un rodillo de yunque rotatorio, ignorando el radio de curvatura.
La figura 11A muestra una vista en sección transversal de una superficie radial exterior tomada desde 11A-11A en la figura 11.
La invención no está limitada en sus aplicaciones a los detalles de construcción y a las disposiciones de los componentes expuestos en la descripción siguiente o ilustrados en los dibujos. La invención es capaz de otras realizaciones o de ser practicada, o llevada a cabo, de diversas maneras. Además, debe entenderse que las terminología y fraseología empleadas aquí tienen propósitos descriptivos e ilustrativos y no deberían ser contempladas como limitadoras. Numerales de referencial iguales se utilizan para indicar iguales componentes.
Descripción detallada de las realizaciones preferentes
La presente invención describe un aparato y métodos para aplicar energía ultrasónica a una pieza a trabajar, y, mediante ello, efectuando de forma intermitente la condición cambiada en la pieza a trabajar. Esta invención es generalmente utilizada en la fabricación de artículos absorbentes, tales como pañales, productos de higiene femenina o similares.
La presente invención puede ser mejor comprendida haciendo referencia a los dibujos. La figura 1 ilustra una vista lateral de un sistema ultrasónico (8) que comprende un rodillo de yunque rotatorio (10) que gira sobre un eje central (9). A medida que el rodillo de yunque gira, recibe un primer tejido de base (12) transportado por un primer rodillo giratorio (14), y un segundo tejido (18) transportado por un segundo rodillo giratorio (16). El segundo tejido (18) se recibe sobre la superficie exterior del primer tejido (12, estando dicho primer tejido (12) soportado por el rodillo de yunque rotatorio (10). Los tejidos primero (12) y segundo (18) se yuxtaponen uno con otro en una relación de superficie con superficie en el rodillo giratorio (16) para formar una pieza a trabajar (20) sobre el rodillo de yunque rotatorio (10). El cuerno ultrasónico giratorio (22) y el rodillo de yunque rotatorio (10) están situados en una relación cercana uno con otro y definen un estrechamiento (24) o un pequeño intersticio entre ellos. A medida que el rodillo de yunque rotatorio (10) continua girando, la pieza a trabajar (20) pasa a través del estrechamiento (24). Tras haber pasado entre el rodillo de yunque (10) y el cuerno ultrasónico (22) en el estrechamiento (24), la pieza a trabajar (20) abandona el rodillo de yunque (10), pasando alrededor del rodillo giratorio (26), y se aleja de la estación de trabajo mostrada en la figura 1, es decir, para su proceso posterior o para su embalaje como producto terminado.
El primer tejido (12) y el segundo tejido (18) puede cada uno comprender una o una pluralidad de capas flexibles de material, tales como películas, laminados o tejidos fibrosos. Los tejidos primero y segundo, (12), (18) preferentemente comprenden materiales no tejidos y otros tipos de materiales termoplásticos compatibles, que pueden ser unidos entre ellos usando energía ultrasónica. El término "compatible" define materiales, tales como dos capas de polipropileno o dos capas de polietileno, que pueden ser unidas entre ellas. De manera alternativa, los tejidos primero y segundo, (12), (18) pueden comprender materiales no compatibles. De manera típica, ambos tejidos primero y segundo, (12), (18) comprenden múltiples capas, teniendo cada tejido (12), (18), un grosor desde unos 0,0025 cm (0,001 pulgadas) hasta unos 0,3175 cm (0,125 pulgadas). Aunque sólo se han mostrado dos capas de material formando la pieza a trabajar (20), los tejidos (12), (18) pueden, en combinación, incluir hasta como mínimo seis capas de material, y algunas veces más capas de material.
Un cuerno ultrasónico (22) adecuado es un cuerno ultrasónico giratorio tal como el que se enseña en la Patente U.S.A. 5.110.403 de Ehlert, que puede ser modificado con salientes y otras características de superficie como se describe más adelante. La Patente U.S.A. 5.110.403 es incorporada en esta descripción como referencia, por su enseñanza sobre la estructura general y el uso general de dicho cuerno ultrasónico giratorio (22). De manera alternativa, el cuerno ultrasónico (22) puede ser un cuerno ultrasónico estacionario, tal como es bien conocido por los técnicos en la materia. Si el cuerno ultrasónico (22) es un cuerno giratorio, el cuerno ultrasónico (22) puede tener un diámetro de entre unos 7,62 cm (3 pulgadas) y unos 17,8 cm (7 pulgadas) y un grosor de entre unos 2,5 cm (1 pulgada) hasta unos 10,2 cm (4 pulgadas). El diámetro preferente para el cuerno ultrasónico es unos 15,2 cm (6 pulgadas) y el grosor preferente es de unos 5,08 cm (2 pulgadas).
Generadores (no mostrados) adecuados para alimentar el cuerno ultrasónico (22) están disponibles de, por ejemplo, Branson Sonic Power Company, Danbury, Connecticut y otros. El cuerno ultrasónico (22) incluye una superficie radial exterior alrededor de su circunferencia. Aunque es preferible un cuerno ultrasónico giratorio (22), la invención también contempla un cuerno ultrasónico no giratorio (es decir, del tipo de inmersión), como se describe en los Antecedentes de la Patente U.S.A. 5.110.403.
Para controlar la cantidad de energía ultrasónica aplicada por el cuerno ultrasónico (22), generalmente se controlan parámetros combinados de presión de estrechamiento, es decir en el estrechamiento (24), amplitud de la vibración del cuerno, y el tiempo durante el cual el cuerno ultrasónico (22) está actuando sobre la pieza a trabajar (20). Dentro de las gamas de operación combinada de los diversos parámetros, un incremento en cualquiera de esos parámetros incrementa la cantidad de energía aplicada. Estos parámetros son controlados para disponer una densidad por unidad de área desde unos 4,65 J/cm^{2} (30 julios/pulgadas cuadradas) hasta unos 155 J/cm^{2} (1000 julios/pulgadas cuadradas) y, deseablemente, como mínimo 15,50 J/cm^{2} (100 julios/pulgadas cuadradas) en la parte de la pieza a trabajar (20) sobre la que se está actuando durante un suficiente período de tiempo como para crear la condición cambiada. La parte de la pieza a trabajar (20) sobre la que se está actuando cambia, por supuesto, continuamente a medida que los tejidos combinados continuos (12), (18) avanzan de forma continua hacia y a través del estrechamiento (24).
Se ha contemplado que las velocidades lineales del cuerno ultrasónico giratorio (22) y el rodillo de yunque rotatorio (10) a sus respectivas superficies radiales exteriores, son preferentemente las mismas. Una realización preferente del rodillo de yunque rotatorio (10) transporta la pieza a trabajar (20) a una velocidad de entre unos 0,254 m/seg (50 pies/minuto) hasta unos 6,10 m/seg (1200 pies/minuto) y, de manera deseable, a como mínimo 2,54 m/seg (500 pies/minuto). La cantidad de tiempo durante el cual la energía ultrasónica es aplicada sobre la pieza a trabajar (20) en una localización dada es, preferentemente, de entre unos 0,0001 segundos hasta unos 0,0010 segundos. La frecuencia de excitación del cuerno ultrasónico giratorio es preferentemente de entre unos 18kHz hasta unos 60 kHz.
Haciendo ahora referencia a las figuras 2 y 3, se muestra un adecuado rodillo de yunque (10) que tiene la superficie radial exterior (34). La vista en sección transversal de la figura 3 muestra claramente una primera región central (36), y unas regiones laterales segunda y tercera (38) de la superficie radial exterior (34). Las regiones laterales (38) tienen un radio máximo menor que el radio máximo de la región central (36). La diferencia "DR" entre el radio de la región central (36) y los radios de las regiones laterales (38) es (ver figura 4A) de entre aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) y aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
La figura 4 es un vista en planta de la superficie radial exterior (34) del rodillo de yunque (10) tomada desde 4-4 de la figura 2, e ignorando el radio de curvatura. Esta vista en planta muestra una porción de la primera longitud (40) de la superficie radial exterior (34) y una segunda longitud completa (42) de la superficie radial exterior (34). La primera longitud (40) incluye una región central (36) y regiones laterales opuestas (38). La segunda longitud (42) incluye regiones laterales (38), pero la región central (36) ha sido modificada con el dibujo de los salientes (44) que se extienden desde la superficie de base subyacente (45). Como se sugiere en la figura 4, la primera longitud (40) se extiende alrededor de la totalidad de la superficie radial exterior (34) entre los dos extremos (42A), (42B) de la segunda longitud (42). Por tanto, la circunferencia entera de la superficie radial exterior representada en la figura 4 incluye sólo una única primera longitud (40), y una única segunda longitud (42).
Los técnicos en la materia reconocerán que el dibujo de los salientes (44) está fabricado cortando material hasta alcanzar la superficie de base (45), dejando los salientes (44) como protusiones que se extienden desde el miembro de base (45).
Las cumbres (46) de los salientes (44) están situadas a substancialmente el mismo radio desde el eje de rotación (9) que la región central (36) de la primera longitud (40), como se muestra en las vistas en sección transversal de las figuras 4A y 4B. La figura 4A muestra una sección transversal de la superficie radial exterior (34) a lo largo de la primera longitud (40). La figura 4B muestra una vista parcial en sección transversal a lo largo del grosor en la superficie radial exterior (34) y está tomada desde 4B-4B de la figura 4. Se muestran dos salientes (44). Las regiones laterales opuestas (38) tienen de manera preferente el mismo radio que una superficie de base subyacente (45) entre los salientes (44), tal como se ha mostrado en la figura 4B. Por ello, la región central (36) tiene un radio menor substancialmente constante sobre como mínimo una parte, y de forma preferente substancialmente la totalidad de la superficie radial exterior (34) en la región central (36), excepto por los salientes (44). El radio de las regiones laterales opuestas (38) es también substancialmente constante sobre substancialmente la totalidad de la circunferencia del rodillo de yunque (10) y es el mismo que el radio menor en la región central (36). Por estas razones, toda la circunferencia del rodillo de yunque (10) puede ser considerada de manera substancial como una superficie exterior continua, que tiene un radio constante, generalmente entero excepto por el dibujo de los salientes (44) en la segunda longitud (42). E incluso en la segunda longitud (42), las extremidades de la superficie radial exterior (34), es decir, en las cumbres (46) de los salientes (44), representan una continuidad del radio máximo de la superficie radial exterior (34). Por tanto, el rodillo de yunque (10) gira y, en combinación con el cuerno ultrasónico (22), aplica energía ultrasónica a la pieza a trabajar (20) sin pasar por variaciones bruscas a lo largo de la circunferencia de la superficie radial exterior (34) a través del estrechamiento (24), y sin efectuar cambios bruscos en la tensión sobre la pieza a trabajar (20) porque la superficie radial exterior (34) tiene un radio constante y, por tanto, un diámetro constante.
Mientras que las realizaciones de las figuras 2 a 4, 4A y 4B muestran la primera longitud (40) y la segunda longitud (42) en la superficie radial exterior (34) del rodillo de yunque (10), la primera longitud (40) y la segunda longitud (42) pueden, en su lugar, o además, ser una parte de la superficie radial exterior del cuerno ultrasónico (22). Aunque la figura 4 muestra solamente una primera longitud (40) y una segunda longitud (42) en la superficie radial exterior (34), múltiples longitudes que comprendan salientes (44) definidas por las segundas longitudes (42) pueden ser colocadas en la superficie radial exterior de tanto el cuerno ultrasónico (22) como del rodillo de yunque rotatorio (10). Dichas múltiples longitudes (40) y (42) se muestran en la figura 7.
Durante el funcionamiento, el sistema ultrasónico (8) trabaja como se describe a continuación. Un primer tejido (12) es empujado alrededor del rodillo giratorio (14) sobre la superficie radial exterior (34) del rodillo de yunque rotatorio (10). Un segundo tejido (18) es empujado alrededor del rodillo giratorio (16) sobre el primer tejido (12), también en la superficie radial exterior (34). Los tejidos (12), (18) comprenden una serie de piezas a trabajar (20) que deben ser definidas extremo a extremo en ese momento y transportadas por el rodillo de yunque rotatorio (10) al cuerno ultrasónico giratorio (22). El cuerno ultrasónico giratorio (22) y el rodillo de yunque rotatorio (10), en combinación, giran en una línea común de avance tal como se muestra por las flechas de giro (48) y (49) sobre el cuerno ultrasónico (22) y el rodillo de yunque (10), respectivamente. Correspondientemente, el cuerno ultrasónico (22) y el rodillo de yunque (10) comprimen la pieza a trabajar (20) en el estrechamiento (24) con una fuerza constante que el cuerno ultrasónico (22) ejerce contra el rodillo de yunque (10). Cuando la segunda longitud (42) de la superficie radial exterior (34) pasa a través del estrechamiento (24) y presiona contra la pieza a trabajar (20), la segunda longitud (42) tiene una segunda cantidad de área de superficie por unidad de longitud, mutua en relación con el cuerno ultrasónico (22), que corresponde a una segunda densidad por unidad de área de superficie mutua de energía ultrasónica sobre el rodillo de yunque rotatorio (10), suficiente para activar el cambio de la condición en la respectiva pieza a trabajar. Cuando la primera longitud (40) de la superficie radial exterior (34) gira en el estrechamiento (24) y está contra la pieza a trabajar (20), la cantidad aumentada de área de superficie por unidad de longitud disipa la energía ultrasónica que está siendo aplicada por el cuerno ultrasónico (22) sobre un área de superficie mayor, resultando por ello en una menor densidad de energía por unidad de área, siendo la menor densidad de energía inferior a la densidad de energía de umbral y, por tanto, demasiado baja para causar el cambio de condición efectuado en la segunda longitud (42). Por tanto, la densidad de energía incrementada en la longitud (42) permite al cuerno ultrasónico (22) crear la condición cambiada en la pieza a trabajar (20), cuando la segunda longitud (42) de la superficie radial exterior (34) está en el estrechamiento (24), sin cambiar la presión en el estrechamiento (24), y sin un salto o cambio brusco en la presión en el estrechamiento (24).
La condición cambiada de la pieza a trabajar (20) comprende la unión conjunta de como mínimo dos capas de material en dicha pieza a trabajar (20). Unión describe unión o pegado de dos o más capas de material.
Las figuras 5 a 7 y 11 muestran vistas en planta de otras superficies radiales exteriores utilizables en esta invención. Estas superficies radiales exteriores serán descritas a continuación como la superficie radial exterior (34) del rodillo de yunque (10). Aunque es preferible esta colocación, éstas y relacionadas superficies radiales exteriores pueden también utilizarse en la superficie radial exterior del cuerno ultrasónico (22) y funcionar con exactamente la misma efectividad. Por ello, la descripción aquí detallada no está limitada al uso de las realizaciones de las figuras 5 a 7 sobre solamente el rodillo de yunque (10). Se contempla el uso correspondiente sobre el cuerno ultrasónico (22).
La figura 5 ilustra una vista en planta de una realización de la invención según la cual la superficie radial exterior (34) está libre de regiones laterales opuestas (38) a lo largo de la primera longitud (40). La primera longitud (40) tiene un primer radio de manera continua a través de su superficie. La segunda longitud (42) tiene salientes (44) cortados para formar un dibujo en la región central (36). La región central (36) tiene una superficie de base (45) que está a un segundo radio menor que es más pequeño que el primer radio. La cumbre (46) de los salientes (44) tienen un radio máximo, medido desde el eje de rotación (9), que es substancialmente el mismo que el primer radio de la primera longitud (40). Por tanto, la cumbre (46) de los salientes (44), en combinación con la primera longitud (40), disponen un radio máximo efectivamente constante sobre substancialmente la totalidad de la circunferencia de la superficie radial exterior (34). La figura 5A, tomada desde 5A-5A de la figura 5, muestra cómo los salientes (44) se extienden desde la superficie de base (45). La figura 5B, tomada desde 5B-5B de la figura 5, ilustra la diferencia de radio "DR" entre la superficie de base (45) de la segunda longitud (42) y la superficie radial exterior (34) a su radio máximo, tal como en la primera longitud (40). Preferentemente la diferencia "DR" es de aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
La realización de la figura 5 funciona de manera similar a la realización mostrada en la figura 4. El área de superficie reducida causado por el estrechamiento de la superficie a lo largo de la segunda longitud (42) dispone una segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud de la superficie radial exterior (34). De esta forma, la segunda longitud (42) da una más alta densidad de energía ultrasónica por unidad de área que la primera longitud (40). La densidad por unidad de área de la segunda longitud (42) comprende preferentemente valores desde unos 4.65 J/cm^{2} (30 julios/pulgada cuadrada) hasta unos 155 J/cm^{2} (1000 julios/pulgada cuadrada), y, deseablemente, como mínimo 15,5 J/cm^{2} (100 julios/pulgada cuadrada). Además, como la figura 5 no tiene las partes laterales de radio reducido (38) en la primera longitud (40), la diferencia en la cantidad de densidad de energía ultrasónica por unidad de longitud entre la primera longitud (40) y la segunda longitud (42) es mayor. Esto es por la incrementada área de superficie de la primera longitud (40) en la figura 5 comparada con el área de superficie de la primera longitud (40) en la figura 4.
La figura 6 ilustra una vista en planta de otra realización de la invención, según la cual la superficie radial exterior (34) comprende un grosor relativamente más pequeño "T". La primera longitud (40) tiene un primer radio desde el eje de rotación (9) que se extiende completamente a través de todo el grosor "T". La segunda longitud tiene un dibujo de salientes (44). Una superficie de base (45) está situada entre los salientes (44). La superficie de base (45) tiene un segundo radio desde el eje de rotación (9) menor que el primer radio. La anchura del dibujo formado por los salientes (44) corresponde de manera general con el grosor "T" de la primera longitud (40) de la superficie radial exterior (34). La figura 6A muestra la relación entre los salientes (44) y la superficie de base (45). La sección transversal del radio general de la primera longitud (40) de la superficie radial exterior (34) es generalmente plana y preferentemente suave. La diferencia en radio "DR" entre la primera longitud (40) y la superficie de base (45) adyacente a los salientes (44) comprende desde unos 0.025 cm (0,01 pulgadas) y unos 0,508 cm (0,20 pulgadas).
La realización de la figura 6 funciona de manera similar a las realizaciones de las figuras 4 y 5. El área de superficie reducida en la superficie de base (45) dispone una segunda cantidad de área de superficie por unidad de longitud menor para la segunda longitud (42) de la superficie radial exterior (34). Este área de superficie por unidad de longitud reducida incrementa la densidad de energía ultrasónica por unidad de área hasta una cantidad suficientemente grande como para cambiar la condición en la pieza a trabajar (20). La densidad de energía ultrasónica por unidad de área a lo largo de la primera longitud (40) es insuficiente para cambiar la condición de la pieza a trabajar (20). Esta realización difiere de la mostrada en la figura 5 principalmente en el hecho de que los salientes (44) se extienden sobre substancialmente la totalidad de la segunda longitud (42).
La figura 7 ilustra una vista en planta de una realización de la invención que incluye múltiples ocurrencias de la segunda longitud (42) de la superficie exterior (34). Una tercera longitud (50) que tiene de manera substancial el mismo radio que la primera longitud (40) sigue a la segunda longitud (42). Una cuarta longitud (52) que tiene de manera substancial el mismo radio y dibujo que la segunda longitud (42) sigue a la tercera longitud en la superficie radial exterior (34). Una quinta longitud (54) que tiene substancialmente el mismo radio que la primera longitud (40) sigue a la cuarta longitud en la superficie radial exterior (34). Una sexta longitud (56) que tiene de manera substancial el mismo radio y dibujo que la segunda longitud (42) sigue a la quinta longitud (54). La sexta longitud (56) es adyacente a la quinta longitud (54) y a la primera longitud (40). Estas longitudes o dibujos comprenden un sistema ultrasónico (8) que lleva a cabo múltiples cambios sobre una pieza a trabajar (20) durante cada rotación sobre ellos.
Las longitudes mensurables reales de las primeras a la sexta longitudes pueden variar mucho dependiendo de las necesidades implicadas en el trabajo que se deba llevar a cabo con ellas. Por ejemplo, las longitudes sin dibujo pueden ser preferiblemente mucho más largas que las longitudes que contengan dibujos. Aunque se han mostrado tres longitudes con el dibujo, cualquier número de longitudes con dibujo puede ser incorporado a la superficie radial exterior (34).
La figura 8 muestra piezas a trabajar (20) después de que dichas piezas hayan sido trabajadas por el sistema ultrasónico (8) de la figura 1. Cada pieza a trabajar (20) muestra las uniones (58) que representan cambios en la condición de la pieza a trabajar dónde la segunda longitud de la superficie radial exterior (34) del rodillo de yunque (10) actúa sobre la pieza a trabajar (20). Las uniones (60) representan la situación paralela de, por ejemplo, uniones similares realizadas por los respectivos primero y segundo cuernos ultrasónicos (22) girando simultáneamente contra una única pieza a trabajar (20) en estrechamientos lado-con-lado tal como el estrechamiento (24).
La figura 9 ilustra una vista en planta aumentada de una parte de una segunda longitud (42), mostrando los salientes (44) que forman el dibujo que utiliza energía ultrasónica para cambiar la condición de la pieza a trabajar (20). En esta vista, se ve claramente el detalle de la estructura de los salientes (44) individuales.
Tal como se usa en esta descripción, el término "configuración X-Y" significa el dibujo mostrado en la figura 9. Esta configuración está formada por el dibujo repetitivo de salientes circulares, salientes inclinados alargados largos, y salientes alargados cortos. Esta configuración realza la habilidad de las uniones (58), (60) para retener juntas capas de la pieza a trabajar (20).
La figura 10 muestra un saliente (44) aumentado. El saliente (44) comprende un ángulo hacía dentro (62) de preferiblemente unos 15 grados con respecto a un ángulo perpendicular "V", tal como se muestra en la figura 10. Aunque el ángulo hacia adentro (62) de 15 grados es el más preferido, cualquier ángulo (62) de entre unos 5 grados y unos 25 grados funcionará bien. El ángulo de inclinación (62) tiende a dotar a la pieza a trabajar (20) de protección adicional mientras atraviesa el estrechamiento (24) así como también a reforzar los salientes (44). Por ello, el ángulo (62) puede ser tan bajo como cero grados, o menos, y de hasta unos 30 grados.
Mientras que el dibujo concreto X-Y creado por los salientes (44) se muestra en todas las realizaciones, la invención de la patente no está limitada a este dibujo. Por ejemplo, una banda delgada que tiene substancialmente el mismo radio que la primera longitud (40) puede comprender la región central (36) de la segunda longitud (42) de la superficie radial exterior (34), tal como se muestra en la figura 11. Esta realización de la invención utiliza un dibujo con un único saliente (44) continuo o conectado entre sí que tiene un primer radio máximo substancialmente constante al de la cumbre (46) del saliente (44), extendiéndose el dibujo generalmente de manera uniforme sobre la totalidad de la circunferencia de la superficie radial exterior (34). Por tanto, la primera longitud (40) tiene el dibujo tal como lo define el saliente (44). La segunda longitud (42) comprende una región central (36) más estrecha que tiene un radio máximo substancialmente constante en común con el radio máximo de la primera longitud (40), en la cumbre (46) del saliente (44). La segunda longitud (42) está definida por un estrechamiento de la parte de grosor "T" ocupada por el saliente (44), y, por ello, por la cumbre (46). La parte de grosor "T" no ocupada por el saliente (44) está definido en la superficie (45) de base de radio reducido. El radio de la superficie (45) de base es menor que el radio máximo como en la cumbre (46) entre aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgada) y aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas). El radio en la superficie de base (45) es preferiblemente constante de manera substancial sobre la circunferencia.
La figura 11A muestra una vista en sección transversal de la superficie radial exterior (34) mostrada en la figura 11.
En las realizaciones mostradas en las figuras 4 a 7 anteriores, las segundas longitudes (42), etc., están dibujadas, y las primeras longitudes (40), etc., comprenden generalmente superficies no dibujadas, lisas. En la figura 11, un único dibujo consistente se extiende sobre la totalidad de la circunferencia del rodillo de yunque (10), pero con una aplicación estrecha de la cumbre (46). Se contemplan realizaciones adicionales, en las cuales las longitudes (40) y (42) están dibujadas, y en las cuales los dibujos son seleccionados de tal modo que el dibujo usado en una longitud (40) tiene un área de superficie por unidad de longitud (en las cumbres -46-) mayor que el dibujo usado en una respectiva longitud (42).
Los diseños particulares y esbozos de cualquier dibujo en particular usado no son críticos siempre y cuando dispongan la diferencia requerida en lo referente a área de superficie por unidad de longitud entre las longitudes (40) y (42). Por ello, pueden ser utilizados una variedad de dibujos bien conocidos, y también que aún no estén diseñados o desarrollados, en la superficie radial exterior para unir juntos un primer tejido (12) y un segundo tejido (18).
Los salientes (44) deberían estar separados de manera próxima uno respecto al otro de manera que, como mínimo, un saliente (44) esté presente en el estrechamiento (24) en todo momento para mantener la constancia de la superficie radial exterior (34) como percibida por los tejidos (12), (18) contra el cuerno ultrasónico (22).
Como una parte de la superficie radial exterior (34) tiene, efectivamente, un radio substancialmente constante alrededor de la totalidad de la circunferencia del cuerno ultrasónico (22) o del rodillo de yunque (10), y no hay cambios bruscos en el radio a lo largo de las circunferencias, no hay problema de carga brusca (shock loading) del material en el estrechamiento (24), el rodillo de yunque (10), el cuerno ultrasónico (22), o de los cojinetes y otros elementos de soporte que soportan el cuerno ultrasónico (22) y el rodillo de yunque (10). Además, el radio substancialmente constante de la superficie radial exterior (34) permite una distancia centro-a-centro substancialmente invariable y una fuerza substancialmente constante en el estrechamiento (24).
Los técnicos en la materia podrán ver que pueden realizarse ciertas modificaciones a la invención aquí descrita con referencia a las realizaciones ilustradas, sin separase del objetivo de la invención. Y mientras la invención ha sido anteriormente descrita con respecto a las realizaciones preferentes, se entenderá que la invención está adaptada a numerosas disposiciones, modificaciones y alteraciones, y que todas dichas disposiciones, modificaciones y alteraciones están dentro del objetivo de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (49)

1. Sistema ultrasónico (8) que comprende
(a) un cuerno ultrasónico (22) que emite energía ultrasónica; y
(b) un rodillo de yunque rotatorio (10) que tiene una superficie radial exterior (34) que se extiende a lo largo de cómo mínimo una parte substancial de una circunferencia, recibiendo dicho rodillo de yunque rotatorio (10) una pieza a trabajar (20) para ser trabajada por energía ultrasónica, y que coopera con el mencionado cuerno ultrasónico (22) para formar una relación cercana que comprende un estrechamiento (24) entre dicho cuerno ultrasónico (22) y el mencionado rodillo de yunque rotatorio (10) para el paso de la pieza a trabajar (20) a través suyo, caracterizado en que;
dicha superficie radial exterior (34) del mencionado rodillo de yunque rotatorio (10) tiene una primera longitud (40) que define una primera cantidad de área de superficie por unidad de longitud, interactiva con dicho cuerno ultrasónico (22), que corresponde a una primera densidad de energía ultrasónica por área de unidad de superficie interactiva sobre el mencionado rodillo de yunque rotatorio (10), y una segunda longitud separada y distinta (42) de dicha superficie radial exterior (34) que define una segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud de la mencionada superficie radial exterior (34), interactiva con dicho cuerno ultrasónico (22), que corresponde a una segunda densidad de energía ultrasónica más elevada por unidad de área de superficie interactiva sobre dicho rodillo de yunque rotatorio (10), siendo la energía ultrasónica aplicada a la pieza a trabajar (20) en el estrechamiento (24), de manera tal que cuando la mencionada segunda longitud (42) de dicho rodillo de yunque rotatorio (10) está en el estrechamiento (24), la energía ultrasónica cambia una condición en la pieza a trabajar (20), y cuando la mencionada primera longitud (40) de dicho rodillo de yunque rotatorio (10) está en el estrechamiento (24), la energía ultrasónica no cambia la misma condición de la pieza a trabajar (20), en la que la condición cambiada comprende la unión conjunta de como mínimo dos capas de material en la pieza a trabajar (20).
2. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 1, en el cual la mencionada superficie radial exterior (34) tiene un radio substancialmente constante que se extiende de manera substancial alrededor de la circunferencia.
3. Sistema ultrasónico (8) según las reivindicaciones 1 o 2, en el cual como mínimo una primera parte de la mencionada primera longitud (40) y una segunda porción de la mencionada segunda longitud (42) mantienen radios constantes primero y segundo alrededor de la circunferencia.
4. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicha segunda longitud (42) de la mencionada superficie radial exterior (34) comprende un dibujo de salientes (44) que se extiende desde una superficie de base subyacente (45).
5. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 4, en el cual dichos salientes (44) se extienden desde substancialmente todas las áreas de la mencionada superficie radial exterior (34) de dicha segunda longitud (42).
6. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 4, en el cual dichos salientes (44) están confinados dentro de una región central (36) de la mencionada superficie radial exterior (34) de dicha segunda longitud (42).
7. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual la mencionada superficie radial exterior (34) de dicho rodillo de yunque rotatorio (10) incluye una primera región central (36) que tiene un primer radio máximo constante sobre la circunferencia, incluyendo dicha superficie radial exterior (34) las mencionadas primera longitud (40) y la segunda longitud (42), y regiones laterales segunda y tercera (38) dispuestas en lados opuestos de la mencionada primera región central (36), teniendo dichas segunda y tercera regiones laterales (38) radios máximos respectivos segundo y tercero menores que el primer radio máximo de la mencionada primera región central (36).
8. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 7, en el cual dichos segundo y tercer radios son menores que el mencionado primer radio máximo en aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) y hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
9. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual de manera substancial la totalidad de la mencionada primera longitud (40) de la dicha superficie radial exterior (34) de dicho rodillo de yunque rotatorio (10) comprende una característica de superficie generalmente uniforme a un primer radio máximo, que tiene una primer anchura efectiva, teniendo la mencionada segunda longitud de dicha superficie radial exterior la misma característica de superficie generalmente uniforme a un segundo radio máximo, y una segunda anchura más estrecha, y definiendo, por tanto, dicha segunda cantidad de área de superficie por unidad de longitud más pequeña de la mencionada superficie radial exterior (34).
10. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el cual dicho cuerno ultrasónico (22) comprende un cuerno ultrasónico giratorio (22), y en el cual dicho cuerno ultrasónico giratorio (22) y dicho rodillo de yunque rotatorio (10), en combinación, aplican una fuerza compresiva a la pieza a trabajar (20) en el estrechamiento (24).
11. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el cual dicha superficie radial exterior (34) del mencionado rodillo de yunque rotatorio (10) tiene una tercera longitud (50) definiendo por ello una tercera cantidad de área de superficie por unidad de longitud mayor que el área de superficie por unidad de longitud de dicha segunda longitud (42), y una cuarta longitud (52) que define una cuarta cantidad de área de superficie por unidad de longitud substancialmente igual al área de superficie por unidad de longitud de dicha segunda longitud (42), estando dichas primera (40), segunda (42), tercera (50) y cuarta (52) longitudes dispuestas en orden secuencial sobre dicha superficie radial exterior (34) del mencionado rodillo de yunque rotatorio (10).
12. Sistema ultrasónico (8), que comprende:
(a) Un cuerno ultrasónico giratorio (22), emitiendo dicho cuerno ultrasónico giratorio (22) energía ultrasónica, teniendo dicho cuerno (22) un primer eje de rotación, y una primera circunferencia que define una primera superficie radial exterior; y
(b) un rodillo de yunque rotatorio (10) que tiene un segundo eje de rotación (9) y una segunda circunferencia que definen una segunda superficie radial exterior (34), cooperando dicho rodillo de yunque rotatorio (10) con dicho cuerno ultrasónico giratorio (22) para formar una relación cercana que comprende un estrechamiento (24) entre dicho cuerno ultrasónico giratorio (22) y dicho rodillo de yunque rotatorio
(10),
caracterizado en que una de las mencionadas primera y segunda superficies radiales exteriores (34) tiene una primera longitud (40) que define una primera cantidad de área de superficie por unidad de longitud, interactiva con la otra de dichas primera y segunda superficies radiales exteriores (34), y que corresponde a una primera densidad de energía ultrasónica por unidad de área de superficie interactiva, y una segunda longitud separada y distinta (42) de la respectiva mencionada superficie radial exterior que define una segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud de la respectiva dicha superficie radial exterior, interactiva con la otra de las mencionadas primera y segunda superficies radiales exteriores (34), y que corresponde a una segunda densidad de energía ultrasónica más elevada por unidad de área de superficie interactiva, por lo cual, cuando la energía ultrasónica es aplicada a la pieza a trabajar (20) en el estrechamiento (24), y la segunda longitud (42) pasa al interior del estrechamiento (24), la energía ultrasónica puede crear una condición cambiada en la pieza a trabajar (20), y cuando la primera longitud (40) pasa al interior del estrechamiento (24), la energía ultrasónica no puede crear la misma condición cambiada en la pieza a trabajar (20), en el que la condición cambiada comprende la unión entre sí, como mínimo, de dos capas de material en la pieza a trabajar (20).
13. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 12, en el cual dicha primera superficie radial exterior tiene un primer radio máximo substancialmente constante que se extiende de manera substancial alrededor de la primera circunferencia, y en cual la mencionada segunda superficie radial exterior tiene un segundo radio máximo substancialmente constante que se extiende de manera substancial alrededor de la segunda circunferencia.
14. Sistema ultrasónico (8) según las reivindicaciones 12 ó 13, en el cual como mínimo una primera parte de dicha primera longitud y una segunda parte de dicha segunda longitud mantienen unos radios constantes primero y segundo alrededor de la circunferencia.
15. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el cual dicha segunda longitud (42) de dicha respectiva superficie radial exterior comprende un dibujo de salientes (44) que se extiende desde una superficie de base subyacente (45).
16. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el cual la mencionada de dichas primera y segunda superficies radiales exteriores (34) tienen dicha primera longitud (40) y dicha segunda longitud (42) incluye una primera región central (36) que tiene un primer radio máximo constante sobre la respectiva de las primera y segunda circunferencias, incluyendo la mencionada de dichas primera y segunda superficies radiales exteriores segunda y tercera regiones laterales, dispuestas en lados opuestos de dicha primera región central, dichas segunda y tercera regiones laterales (38) que tienen radios máximos respectivos segundo y tercero menores que el primer radio máximo de la dicha primera región central (36).
17. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 16, en el cual dichos segundo y tercer radios máximos son más pequeños que dicho primer radio máximo en aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
18. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 16 ó 17, en el cual dichas segunda y tercera regiones laterales (38), que incluyen los radios máximos segundo y tercero, se extienden substancialmente alrededor de la totalidad de la circunferencia de la mencionada una de las dichas primera y segunda superficies radiales exteriores (34).
19. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en el cual substancialmente la totalidad de la mencionada primera longitud (40) de la respectiva dicha superficie radial exterior comprende una característica de superficie generalmente uniforme a un primer radio máximo, teniendo una primera anchura efectiva, teniendo la mencionada segunda longitud (42) de la respectiva dicha superficie radial exterior la misma característica de superficie generalmente uniforme a un segundo radio máximo, y una segunda anchura más estrecha, y definiendo por ello la dicha segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud de la mencionada respectiva superficie radial exterior (34).
20. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 12 a 19, teniendo la mencionada una de las dichas primera y segunda superficies radiales exteriores, una tercera región (50) que define una tercera cantidad de área de superficie por unidad de longitud mayor que el área de superficie por unidad de longitud de dicha segunda longitud, y una cuarta longitud (52) que define una cuarta cantidad de área de superficie por unidad de longitud substancialmente igual al área de superficie por unidad de longitud de dicha segunda longitud (42), estando dispuestas dichas primera (40), segunda (42), tercera (50) y cuarta (52) longitudes en orden secuencial respecto la respectiva mencionada superficie radial exterior (34).
21. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 15, en el cual dichos salientes (44) se extienden desde substancialmente todas las áreas de dicha segunda longitud (42) de dicha superficie radial exterior (34).
22. Sistema ultrasónico (8) según la reivindicación 15, en el cual dichos salientes (44) están confinados de manera substancial dentro de una región central (36) de dicha segunda longitud (42) de dicha superficie radial exterior (34).
23. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 22, en el cual la pieza a trabajar (20) atraviesa el sistema ultrasónico (8) substancialmente libre de cambios en su tensión causados por características de superficie de cualesquiera de dicho cuerno ultrasónico (22) y dicho rodillo de yunque rotatorio (10).
24. Sistema ultrasónico (8) según las reivindicaciones 4 ó 15, en el cual dicho dibujo comprende un dibujo X-Y.
25. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 4, 15 ó 24, en el cual dichos salientes (44) se extienden hacia fuera desde dicha superficie de base (45) en aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
26. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 4, 15, 24 ó 25, en el cual dichos salientes (44) se extienden desde dicha superficie de base (45) a un ángulo inclinado hacia adentro de entre unos 5 grados y unos 25 grados respecto a un ángulo perpendicular a dicha superficie de base (45).
27. Sistema ultrasónico (8) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, en el cual como mínimo una capa comprende polipropileno.
28. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 27, en el cual dicho rodillo de yunque rotatorio (10) transporta la pieza a trabajar (20) a través del estrechamiento (24) a una velocidad de cómo mínimo 2,54 m/seg (500 pies/minuto).
29. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 28, en el cual dicho sistema ultrasónico (8) puede generar desde unos 4,65 J/cm^{2} (30 julios/pulgada cuadrada) hasta unos 155 J/cm^{2} (1000 julios/pulgada cuadrada) de energía a lo largo de dicha segunda longitud (42) de dicha superficie radial exterior (34).
30. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 29, adaptado para transportar una pieza a trabajar (20) a través del estrechamiento (24) a una velocidad tal que la energía ultrasónica es aplicada sobre un punto dado de la pieza a trabajar (20) por un período de entre unos 0,0001 segundos y unos 0,0010 segundos.
31. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 10 ó 12 a 22, en el cual dicho cuerno ultrasónico giratorio (22) y dicho rodillo de yunque rotatorio (10) giran a una velocidad lineal común en la respectiva mencionada superficie radial exterior (34).
32. Sistema ultrasónico (8) según cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 31, en el cual dicho cuerno ultrasónico (22) tiene un diámetro de entre unos 7,62 cm (3 pulgadas) hasta unos 17,8 cm (7 pulgadas) y un grosor de unos 2,54 cm (1 pulgada) hasta unos 10,2 cm (4 pulgadas).
33. Método de cambiar de manera intermitente una condición en una pieza a trabajar mientras se ejerce una fuerza substancialmente constante entre un cuerno ultrasónico giratorio y un rodillo de yunque rotatorio, el método comprende las fases de:
(a) posicionar un cuerno ultrasónico giratorio en relación cercana con un rodillo de yunque rotatorio y por tanto definiendo un estrechamiento de trabajo entre el cuerno ultrasónico giratorio y el rodillo de yunque rotatorio caracterizado porque:
el cuerno ultrasónico giratorio tiene una primera superficie radial exterior que se extiende sobre una primera circunferencia, el rodillo de yunque rotatorio tiene una segunda superficie radial exterior que se extiende sobre una segunda circunferencia, una de las primera y segunda superficies radiales exteriores tiene una primera longitud que define una primera cantidad de área de superficie por unidad de longitud, interactiva con la otra de las primera y segunda superficies radiales exteriores, y una segunda longitud separada y distinta que define una segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud, interactiva con la otra de las primera y segunda superficies radiales exteriores, correspondientes a una segunda densidad de energía ultrasónica más elevada por unidad de área de superficie interactiva; y
(b) avanzar una pieza a trabajar a través del estrechamiento de trabajo a una velocidad relativamente constante mientras se aplica energía ultrasónica en el cuerno ultrasónico giratorio y avanzar las primera y segunda longitudes de la respectiva superficie radial exterior a través del estrechamiento, cambiando por ello una condición de la pieza a trabajar con energía ultrasónica cuando la segunda longitud pasa a través del estrechamiento, y no cambiando la respectiva condición de la pieza a trabajar cuando la primera longitud pasa a través del estrechamiento, comprendiendo la condición cambiada la unión conjunta de como mínimo dos capas de material en la pieza a trabajar (20).
34. Método según la reivindicación 33, incluyendo dicho método la fase de girar la primera superficie radial exterior y la segunda superficie radial exterior a substancialmente la misma velocidad lineal.
35. Método según las reivindicaciones 33 ó 34, en el cual la pieza a trabajar (20) comprende un tejido de material.
36. Método según la reivindicación 35, en el cual el tejido de material comprende múltiples capas, el método comprende la aplicación de una cantidad relativamente constante de energía ultrasónica suficiente para unir las múltiples capas una con otra a lo largo de la segunda longitud, e insuficiente energía ultrasónica para unir las múltiples capas a lo largo de la primera longitud.
37. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 36, en el cual la segunda longitud (42) de la respectiva superficie radial exterior comprende un dibujo de salientes que se extiende desde una superficie de base subyacente (45), el método incluye la aplicación de cómo mínimo una cantidad umbral de densidad de energía ultrasónica por unidad de área a través de los salientes y cambiando por ello la condición en la pieza a trabajar a medida que la pieza a trabajar pasa a través del estrechamiento.
38. Método según la reivindicación 37, en el cual el dibujo de salientes comprende un dibujo X-Y.
39. Método según las reivindicaciones 37 ó 38, en el cual los salientes se extienden hacia fuera desde la superficie de base entre aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgadas) y hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
40. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 37 a 39, en el cual los salientes (44) se extienden desde la superficie de base (45) a un ángulo inclinado hacia adentro de entre unos 5 grados y unos 25 grados respecto a un ángulo perpendicular a la superficie de base.
41. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 40, en el cual una de las primera y segunda superficies radiales exteriores incluye una primera región central (36) que tiene un primer radio máximo constante sobre la respectiva una de las primera y segunda circunferencias, incluyendo la superficie radial exterior (34) la primera longitud (40) y la segunda longitud (42), y segunda y tercera regiones laterales (38) dispuestas a lados opuestos de la primera región central, teniendo las segunda y tercera regiones laterales los respectivos radios máximos segundo y tercero menores que el primer radio máximo de la primera región central, el método incluye el cambio de la condición de la pieza a trabajar (20) a lo largo de la segunda longitud (42) de manera substancial solamente en la primera región central a medida que la pieza a trabajar pasa a través del estrechamiento.
42. Método según la reivindicación 41, por el cual los radios máximos segundo y tercero son más pequeños que el primer radio desde aproximadamente 0,025 cm (0,01 pulgada) y hasta aproximadamente 0,508 cm (0,20 pulgadas).
43. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 42, por el cual substancialmente la totalidad de la primera longitud (40) de la respectiva superficie radial exterior comprende una característica de superficie generalmente uniforme a un primer radio máximo de ella, teniendo ésta una primera anchura efectiva, teniendo la segunda longitud (42) de la respectiva superficie radial exterior la misma característica de superficie generalmente uniforme a un segundo radio máximo de ella, y una segunda anchura más estrecha, y por tanto que define la segunda cantidad más pequeña de área de superficie por unidad de longitud de la respectiva superficie radial exterior, el método incluye el cambio de la condición de la pieza a trabajar (20) a lo largo de la segunda anchura más estrecha de la segunda longitud (42) cuando la pieza a trabajar pasa a través del estrechamiento (20), y no cambiando la misma condición de la pieza a trabajar (20) a lo largo de la primera anchura efectiva.
44. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 43, el método incluye el transporte de la pieza a trabajar (20) a través del estrechamiento sobre el rodillo de yunque rotatorio (10) a una velocidad de cómo mínimo 2,54 m/seg (500 pies/minuto).
45. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 44, el método incluye la generación desde unos 4,65 (30) hasta unos 155 J/cm^{2} (1000 julios/pulgada cuadrada) de energía a lo largo de la segunda longitud (42) de la respectiva superficie radial exterior (34).
46. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 45, el método incluye la aplicación de energía ultrasónica a un punto dado sobre la pieza a trabajar (20), en el estrechamiento (24), durante un período de entre unos 0,0001 segundos hasta unos 0,0010 segundos.
47. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 46, teniendo la respectiva una de las primera y segunda superficies radiales exteriores una tercera longitud (50) que define una tercera cantidad de área de superficie por unidad de longitud mayor que el área de superficie por unidad de longitud de la segunda longitud, y una cuarta longitud (52) que define una cuarta cantidad de área de superficie por unidad de longitud substancialmente igual al área de superficie por unidad de longitud de la segunda longitud (42), estando dispuestas las primera (40), segunda (42), tercera (50) y cuarta (52) longitudes en orden secuencial sobre la respectiva superficie radial exterior (34), el método incluye la aplicación de energía ultrasónica a una densidad de energía insuficiente para crear un cambio en la condición, en la pieza a trabajar (20), cuando ya sea la primera longitud (40) y la tercera longitud (50) de la respectiva superficie radial exterior (34) estén en el estrechamiento (24).
48. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 40, por el cual el cuerno ultrasónico (22) tiene un primer radio substancialmente igual que se extiende de manera substancial sobre la primera circunferencia, y en el cual la segunda superficie radial exterior tiene un segundo radio substancialmente constante que se extiende de manera substancial alrededor de la segunda circunferencia del rodillo de yunque rotatorio (10), el método comprende además el giro del cuerno ultrasónico giratorio (22) y del rodillo de yunque rotatorio (10) y el paso de la pieza a trabajar (20) a través de ellos, estando la pieza a trabajar substancialmente libre de cambios en su tensión debidos a características de superficie de cualquiera del cuerno ultrasónico giratorio (22) y el rodillo de yunque rotatorio (10).
49. Método según cualesquiera de las reivindicaciones 33 a 48, en el cual como mínimo una primera parte de la primera longitud (40) y una segunda parte de la segunda longitud (42) mantienen un radio máximo común alrededor de la respectiva mencionada una de las circunferencias primera y segunda, el método incluye el paso de la pieza a trabajar (20) entre el rodillo de yunque rotatorio (10) y el cuerno ultrasónico giratorio (22) substancialmente libre de cambios en su tensión causados por características de superficie de cualesquiera del cuerno ultrasónico giratorio (22) o el rodillo de yunque rotatorio (10).
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