JP2002534298A - 超音波発生システムの超音波ホーンと、相対する面である超音波切断装置の工具との間における、一定平均間隙の維持方法 - Google Patents

超音波発生システムの超音波ホーンと、相対する面である超音波切断装置の工具との間における、一定平均間隙の維持方法

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、種々の材料、例えば、合成フォイル、合成物質を含む繊維織物等の切断および／または溶着に使用され、超音波発生システムの超音波ホーンと、相対する面として構成した超音波切断装置の工具との間の一定平均間隙を、調整デバイスを使用して、維持する方法に関する。この発明は、超音波切断装置の平均間隙幅を一定に維持するための、この技術分野に関連した方法を展開して、課題を解決するために、外部の影響要素から独立して、一定の最適間隙幅を制御できて、従来の方法および方法における欠点を除き、合成フォイル、合成物質を含む繊維織物等の種々の材料における、一定の品質で、確実に効率的な溶着および／または切断が可能であり、超音波ホーンと接触面（２３）との間の接触時間は、超音波ホーン（２）と少なくとも一つの相対面（３）との間隙を維持するために、制御システムで一定に保たれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明は、超音波システムの超音波ホーンと、相対する面として構成した超
音波切断装置の工具との間における、一定平均間隙の維持方法に関する。この方
法は、請求項１の基本条件に従って、種々の材料、例えば、合成フォイル、合成
物質を含む繊維織物等の切断および／または溶着に、使用される。
【０００２】 超音波を発生して、要求される容量で対象物に使用するために、印加された電
気エネルギを機械的振動に変換する超音波発生器（半波長発生器）と、超音波ホ
ーンとが、概して使用される。
【０００３】 超音波ホーンは、工具として使用され、そこを経由して、超音波エネルギが、
必要箇所に導かれる。
【０００４】 この技術の一般的な様態に従って、一つまたは重ねた複数の一連の材料が、対
面する工具、例えば切断工具と、超音波ユニットとの間に導かれる。
【０００５】 材料に伝達される縦方向振動は、材料を加熱および／または割れ目を入れ、引
き続き、溶着および／または切断作用をひき起こす。
【０００６】 一定の最適な溶着と切断の品質を達成し、切断工具の磨耗を最小にするために
、超音波ホーンと工具との間の、溶着および／または切断に関し、最適で一定平
均値の間隙の設定は、特に重要である。
【０００７】 ドイツ出願ＤＥ４４３９２８４−Ａ１は、一連の材料への超音波連続処理のた
めの装置が記載されていて、超音波ホーンと対面する工具との間の間隙は調整可
能である。超音波発生ユニットは、温度制御された調整機構を介して、機械の柱
に固定される。その温度制御された調整機構によって、超音波速度における、温
度に関係した長さの変化が、補正され、溶着と切断のための間隙が、一定寸法に
維持される。
【０００８】 しかし、その温度に関係した長さの変化が考慮され補正されるが、材料の弾性
と工具の磨耗とに依る、関連する構成部品の寸法変化が補正されないという不具
合がある。その寸法変化は、例えば、一連の材料の通過後、数ミクロンメータに
なる。
【０００９】 それ故、この発明は、超音波切断装置の平均間隙幅を一定に維持するために、
この技術分野に関連した方法を改善することを課題にしていて、外部の影響要素
から独立して、一定の最適間隙幅に制御できて、従来の方法および装置の欠点を
除き、種々の材料について、特に合成フォイルについて、一定の品質で、確実に
効率的に、溶着および／または切断が可能である。
【００１０】 この発明にしたがって、この課題は、請求項１の特徴により解決される。その
結果、超音波ホーンと接触面との接触時間は、超音波ホーンと少なくとも一つの
相対する面との間隙を一定に維持するために、制御装置により一定に保たれる。
請求項２の最適な具体例に従って、その制御装置は、互いにリンクした二つに制
御回路からなる。第一の高速制御回路は、電子手段を使用して、高速サイクル荷
重状態で、加振システム（超音波発生システム）の振幅は連続的に変えられて、
前記接触時間は、一定に保たれる。第二の低速制御回路が設けられ、しかし、そ
の制御時間は、そのシステムの温度変化より速い。温度と磨耗に関連した間隙の
変化は、振幅制御では、寸法的に補正ができないが、その第二低速制御回路と駆
動要素とにより、切断工具と超音波ホーンの間の距離で補正され、所定の接触時
間が一定に維持される。
【００１１】 このように、その実際の間隙とギャップ幅が、各々調整される。設定値からの
ずれは、影響要因から独立に自動的に補正される。定常的な良好な繰り返し可能
な溶着と切断が可能となり、切断工具と超音波ホーンとの磨耗が最小となる。
【００１２】 この発明の具体例に従って、適切なレバー機構により、二つまたはそれ以上の
ギャップ幅が、切断部が磨耗して再調整が必要な時でも、一定に保たれる。次の
段階のギャップ幅は、前回の段階のギャップ幅より小さくても、等しくても良い
。この様に、例えば、切断中に磨耗補正が行われるので、溶着と切断とは、確実
にとなる。溶着と切断とは、幾何学的には、互いに独立である。このため、例え
ば、広い寸法で溶着し、鋭角で切ることができる。
【００１３】 別々のニ段階の溶着と切断の場合は、処理速度は、エッジ品質を著しく減じる
ことなしに増加する。何故ならば、溶着処理の間、材料は分離していないので、
より多いエネルギが材料に加えられるからである。
【００１４】 使用される工具は、種々の様態に配置され使用される。例えば、非接触工具は
、トラニオンに載せられ、平面でなくても良い。
【００１５】 工具の配置については、ある工具は振動し、ある工具はその位置に止まってい
ても良い。
【００１６】 請求項１による発明の有利な具体例が、更に従属請求項を構成する。この発明
は、切断装置の実施例の図面により、より良く理解される。以下の項目は、添付
図面に図示されている。
【００１７】 図１に示すように、超音波切断装置は、超音波発生システム１と、超音波ホー
ン２と、切断工具３と、連結体７と、固定用ねじ５と、熱作動体レバー機構６と
から成る。超音波ホーン２は、振動が自由なフランジ８を介して固定板４に連結
されている。連結体７の上には、切断工具３が、ここでは、溶着切断用板が固定
される。固定ネジ５は、ここではマイクロメータねじであり、そのねじにより、
超音波ホーン２と切断工具３と間のギャップ９が機械的に調整可能である。レバ
ー機構６は、ここでは、アクチュエータであり、超音波ホーン２と切断工具３と
の間の、熱および磨耗に関連した間隙（ギャップ９）の補正のためのものである
。
【００１８】 超音波エネルギは、超音波発生システム１の超音波ホーン２を介して切断工具
３に印加される。超音波ホーン２は振幅変換器として作用する。超音波ホーン２
を介して、縦方向の超音波振動として励起されて、溶着および／または切断が実
施され、ある単位振動時間の間、切断される材料と切断工具３とが、ロック係合
状態になる。切断される材料が溶着される場合は、超音波ホーンと、相対する工
具との対応する形により、および、材料の特性により、材料は押されて、材料の
溶着が可能な適切に高い温度となるようにする。
【００１９】 図２に示す制御システムは、二つの制御回路からなる。第一制御回路は、高速
制御回路である。その回路では、電子回路により、超音波ホーン２と切断工具３
と接触時間は、常に計測され、振動システム１の振幅の変化により、超音波ホー
ン２と切断工具３との所定接触時間が一定となるように補正される。
【００２０】 その接触時間の基準および／または所定の設定値１２は、マイクロメータねじ
５により、ギャップ９の所定の値として設定（基本設定）される。ギャップ９の
機械的設定に関して、ここでは、接触時間が非常に小さく、零（０）に近い値で
ある（図１）。
【００２１】 接触時間の設定値１２は、他の調整機器でもまた、機械的におよび／または電
子的に、また光学電子的に、手動または自動的に、例えば、圧電素子により、設
定され得る。長い期間に渡って、一定値が確実に維持するためには、超音波ホー
ンの磨耗を適切にできるだけ考慮して、自動再調整が必要である。
【００２２】 接触時間は、測定回路１０（図２）で、電子的に計測され、評価回路１１に送
られる。
【００２３】 高速サイクル荷重が関係する場合は、例えば、一連の材料がギャップ９に送ら
れる場合は、超音波ホーン２と切断工具３との間の固定した配置について、小さ
い弾性降伏が、引き続く数マイクロ秒の間に敏速に補正される。即ち、接触時間
が設定値１２になるまで、振幅が直ちに増加される。一連の材料がギャップ９か
ら送り出されると、逆の制御が行われ、振動の振幅が減らされる。
【００２４】 接触時間の計測により、インパルス時間は、接触時間に比例する信号１３とな
り、その信号１３は、評価回路で、固定した所定のインパルス時間（設定値）１
２と比較され、インパルス時間を補正する信号１４を作る。信号１４は、振幅変
化要素１５に導かれ、そして、振幅補正信号１７により振動振幅が増加または減
少される。
【００２５】 第一制御回路は、熱作動要素６（図１に示すアクチュエータ）とレバー機構と
を介して、第二低速制御回路に連結されて、切断工具３と超音波ホーン２との間
における、熱と磨耗に関連する全ての間隙の変化（ギャップ変化）が補正される
。
【００２６】 熱作動要素６の作動・非作動に関して、固定基準設定値１８、１９は、振幅調
整用補正信号１７と共に、オン・オフスイッチ２０に導かれて、その出力信号２
１は、熱作動要素６に送られる。
【００２７】 接触時間の最適作動範囲を決めるために、限界値信号が作られ、機械的作動シ
ステムの機械的基本設定に使用される。
【００２８】 振幅補正信号１７は、決められた信号範囲で使用され、熱作動要素６の作動・
非作動は、その範囲内かどうかで決められる。
【００２９】 図３に示す実施例では、レバー機構２２と調整装置２４に関する二つのギャッ
プ幅９は一定に維持され得る。
【００３０】 図１に示す実施例では、接触面は相対面と同一であるが、図３に示す実施例で
は、接触面２３は、超音波ホーンリセス１６と調整舌片２４との間に形成される
。相対する面は、ここでは、溶着工具３であり、レバー機構２２により、超音波
ホーン２との間に、一定ギャップ９を形成する。ここでは、材料の切断は行われ
ない。切断工具を使用すれば、材料を部分的に切ることができる。
【００３１】 工具３と超音波ホーン２が直接接触すると起こる磨耗は、この場合は生ぜず、
再調整の必要がない。しかし、この場合における、接触面２３と相対する面３と
に関連する二つのギャップは、一定に保たれる。
【００３２】 図示しない置換例において、二つの相対面が設けられ、その一つが接触面であ
り、そこで、溶着と、引き続き切断とが実施される。この場合、切断工具は、磨
耗は再調整され、その結果、溶着ギャップは変化しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 超音波装置の図解図である。
【図２】 制御構成を示すブロック図である。
【図３】 別の実施例の図解図である。
【符号の説明】
１ 超音波発生システム ２ 超音波ホーン ３ 切断工具 ４ 固定板 ５ 設定ねじ ６ 作動要素（アクチュエータ） ７ 連結体 ８ フランジ ９ ギャップ １０ 測定回路 １１ 評価回路 １２ インパルス持続設定時間信号 １３ インパルス持続時間信号 １４ 補正信号 １６ 超音波ホーンリセス １７ 振幅補正信号 １８ 基準値 １９ 基準値 ２０ オン・オフ温度スイッチ ２１ 出力スイッチ ２２ レバー機構 ２３ 接触面 ２４ 作動要素（調整舌片）

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 種々の材料、例えば、合成フォイル、合成物質を含む繊維織
    物等の切断および／または溶着に用いられ、調整デバイスを使用して、超音波発
    生システム（１）の超音波ホーン（２）と、相対する面として構成した超音波切
    断装置の工具（３）との間の一定平均間隙を維持する方法において、 超音波ホーン（２）と少なくとも一つの相対面（３）との一定間隙を維持する
    ために、該超音波ホーン（２）と接触面（２３）との間の接触時間を、制御シス
    テムにより一定に維持する上記方法。
  2. 【請求項２】 電子手段を有する第一高速制御回路が設けられて、前記超音
    波発生システム（１）の振幅は連続的に補正されて、前記接触時間は、高速サイ
    クル荷重状態で、一定に保たれ、 第二低速制御回路が設けられ、しかし、その制御時間は、前記超音波発生シス
    テム（１）の温度変化より速く、少なくと一つの作動要素（６）により、前記工
    具（３）と前記超音波ホーン（２）との間における、温度と磨耗に関連した間隙
    変化は補正されて、所定の前記接触時間が一定に維持される請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 磨耗に関連した前記および／または間隙の変化を補正する作
    動要素（６）として、レバー機構（２２）が配置されて、少なくとも二つの設定
    平均ギャップ幅が一定に保たれ、その各々のギャップ幅は、次の段階では前の段
    階と比較して、より小さいか等しい請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 複数の互いに平行な相対面（３）が設けられ、各相対面は、
    各々調整デバイスを有し、関連する複数の互いに平行な接触面（２３）が間断的
    に順次走査される請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記二つの制御回路は、互いの影響に関して調整されて、前
    記少なくとも一つの作動要素（６）の作動・非作動が、振幅補正信号（１７）に
    決められた信号範囲に基づいて制御される請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記超音波ホーン（２）と前記接触面（２３）との間の接触
    時間のための設定値（１２）の設定が、マイクロメータねじ、圧電素子、アクチ
    ュエータ等の調整デバイス（５）を使用し、測定される接触時間が極小であり、
    ０（零）に近い請求項１から５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 熱と磨耗に関連した間隙変化の補正のための前記作動要素（
    ６）として、少なくとも一つの適切なアルミニューム部品が配置された請求項２
    から６のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 切断および／または溶着が、間断的に行われる請求項１から
    ７のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記工具（３）が、振動する前記超音波ホーン（２）に対向
    して配置され、前記平均間隙が、前記工具（３）と、前記工具（３）に相対する
    ベアリングとの間に形成される請求項１から８のいずれかに記載の方法。
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