JP2005511323A - 剛性のある超音波結合装置及び方法のためのニップ調整 - Google Patents

Abstract

超音波処理方法及び装置（２０）は、第１分離部材（４２）及び第２分離部材（４４）に作動関係で接合された回転可能な超音波ホーン部材（２８）を含むことができる。特定の態様においては、第１及び第２分離部材（４２、４４）は、高い剛性を呈することができる。回転可能なアンビル部材（８６）は、選択されたホーン−アンビルギャップ（１０６）を与えるように協働的に位置させることができ、アンビル部材（８６）は、ホーン部材（２８）に対して水平方向にオフセットし垂直方向に重なる状態で配置することができる。アクチュエータ（１１０）又は他の伝達装置は、ホーン−アンビルギャップ（１０６）を選択的に調節することができる。さらに、超音波励振器（８２）は、ホーン部材（２８）を接続することができ、作動的な量の超音波エネルギーをホーン部材（２８）に与えることができる。

Description

発明の詳細な説明

（技術分野）
本発明は、一般に、超音波処理の実行に用いることができる方法及び装置に関する。特定の特徴においては、この方法及び装置は、回転超音波ホーンを含むことができ、超音波処理は、超音波結合動作を含むことができる。より詳細には、本発明は、回転ホーンの作動的な分離を与えることができる一方、比較的高い剛性及び剛さをもつ接続システムを用いる超音波処理方法及び装置に関する。

（背景技術）
従来の超音波システムには、回転アンビルと協働する回転ホーンが含まれている。従来の回転超音波ホーンは、超音波の分離を与えるために、ゴム又は他のエラストマー性構成材を用いることによって支持され取り付けられてきた。その結果として、超音波ホーンは、低い静剛さ及び低い動剛さを呈し、通常の作動中に過度に大きな振れ又は他の変位を呈する。さらに、従来の超音波ホーンシステムは、複雑な信頼性の低いトルク伝達技術を用いていた。
こうした従来の超音波結合システムは、回転ホーンと回転アンビルとの間のニップ領域の作動域における選択された接触点を調整するために、油圧式又は空気圧式の装置を用いている。ニップ圧とニップアラインメントを設定するために、調整可能なベベルブロックと調整可能なねじ止め部が使用されてきた。調整システムは、典型的には、ニップ領域の接触点における制御を確立するために、「ハード・ストップ」を用いている。調整システムは、作動するのに非効率的であり、十分に正確な調整を行うための適切な機構を与えない。さらに、結果として得られる超音波結合システムは、回転ホーンと回転アンビルとの間の所望の固定ギャップを用いる動作に適していない。
種々の欠点に対処する一助とするために、従来の超音波結合システムは、超音波ホーンを協働する回転アンビルに対して所望の位置に維持する助けとして、付加的な支持ホイールを使用していた。典型的には、支持ホイールは、通常の作動中に、回転ホーンを回転アンビルに実質的に連続的に直接接触する状態に保つように構成される。しかしながら、こうした支持ホイールの使用は、システムからの可聴ノイズを過度に増大させ、超音波ホーンの作業面上の過度の磨耗を招くことになる。さらに、ホーンは、一様でない磨耗を呈し、或いは磨耗をより一様に分散させるために揺動機構の使用を要求する。回転ホーンを駆動させるのに必要とされるトルク伝達システムは、非常に高価であり、過度のメンテナンスを必要とし、設置及び調節が難しい。従来の超音波ホーンシステムはまた、所望の結合作業を行うのに不適当な領域をホーンの作業面上に形成し、十分なレベルの動安定性を与えない。さらに、従来の超音波結合システムは、非常に厳密な調整を要求し、過度に複雑で多大なコストがかかる。音響分離マウントを与えるためにゴム又は他の弾性材料が用いられ、エラストマー性材料が圧縮され過ぎている場合には、マウントは、過度の反射エネルギーを生成することがある。その結果として、改善された超音波結合システムに対する必要性が引き続き存在する。

（発明の開示）
超音波処理方法及び装置は、第１分離部材及び第２分離部材に作動関係で接合された回転可能な超音波ホーン部材を含むことができる。特定の態様においては、第１及び第２分離部材は、高い剛性を呈することができる。回転可能なアンビル部材は、選択されたホーン−アンビルギャップを与えるために協働的に位置させることができ、特定の特徴においては、アンビル部材は、ホーン部材に対して水平方向にオフセットさせ、垂直方向に重なる状態で位置させることができる。別の特徴においては、アクチュエータ又は他の伝達装置は、ホーン−アンビルギャップを選択的に調整することができる。さらに、超音波励振器をホーン部材に結合することができ、ホーン部材に作動的な量の超音波エネルギーを与えることができる。

本発明の方法及び装置の種々の態様、特徴及び構成は、対応する導波管と、高い剛性及び剛さをもつ少なくとも１つの分離部材とを含む独特の回転超音波ホーンシステムを提供することができる。分離部材は、導波管の縦方向ノードにおいて生じうる半径方向の運動を作動的に分離することができ、通常の作動中に起こりうるノードシフトを補償するのに十分な帯域幅を与えることができる。分離部材はまた、荷重下での変形を低減させるために、改善された剛さを与えることができる。増大された剛さは、同軸度を維持する一助とすることができ、振れ変位を減少させる一助とすることができる。さらに、分離部材は、より効果的にトルクを伝達することができ、改善された有効性及び効果を与えることができる。分離部材はまた、応力集中を低減するように構成し、疲労抵抗を増大させるように構成することができ、構成部品間の相対運動を減少させる取り付けシステムを提供することができる。本発明の方法及び装置は、エラストマー性分離コンポーネントに対する必要性を減らすことができ、従来のエラストマー性Ｏ−リングとそれに関連する分離−リングハードウェアに対する必要性をなくすことができる。この方法及び装置はまた、トルク伝達キーに対する必要性を減らすことができ、回転ホーンと回転アンビルの所望の位置を維持するための補助支持ホイールの使用を回避することができる。さらに、調整システムは、回転ホーンと回転アンビルとの間のニップ領域又は他の超音波処理区域をより効果的に修正するように構成することができる。特定の配置は、ホーンとアンビルとの間のニップギャップ領域のより効果的でより正確な調整を可能にする調整を与えることができる。
本発明は、以下の本発明の詳細な説明と図面を参照したときに、より十分に理解され、更なる利点が明らかとなるであろう。

（発明を実施するための最良の形態）
本発明を組み入れた方法及び装置は、いかなる作動的な超音波処理操作とも共に用いることができる。そのような処理操作の代表例は、超音波切断、穿孔、結合、溶接、エンボス加工、捲縮、熱活性化など、及びその組み合わせを含むことができる。
本開示においては、「結合」及び「溶接」という用語は交換可能に用いられ、材料の少なくとも１つの層と、同様の材料又は異なる材料の別の層とのほぼ永久的な接合を指す。結合される材料の性質が重要であるとは知られていない。しかしながら、本発明は特に、織られた布、不織布、及びフィルムといった材料の２つ又はそれ以上の層の結合において有用である。
本開示においては、「布地」という用語は広義に用いられ、織られた、又は不織の繊維質材料のシート又はウェブを意味する。布地又はフィルム層は、ロールにおけるように連続的であってもよく、或いは非連続的であってもよい。

この方法及び装置によって超音波処理される材料は、熱可塑性ポリマー又は他の熱可塑性材料を含むことができる。或いは、処理された材料は熱可塑性材料を含まなくてもよい。
この方法及び装置の代表的な形態は、例えば超音波結合操作を参照して開示され説明される。適切な結合又は溶接は、様々な機構によって達成できることは明らかであろう。結合は、例えば、結合される全ての材料の結合域における部分的な又は完全な溶融によって得られる。この場合には、こうした材料の結合域に部分的な又は完全な融合が存在する。或いは、結合は、部分的に又は完全に溶融した材料が隣接する材料の中に又は上に流れ、次にそれにより１つの材料と別の材料との機械的な相互鎖錠が得られるというように、結合される材料の１つの部分的な又は完全な溶融によってもたらされる。

本開示は、個別に又は集合的に、発明の「態様」、発明の特徴、又は他の類似の用語によって言及されることもある種々の部品、要素、構造、形態、及び配置について表現される。開示された発明の種々の形式は、その種々の特徴及び態様の１つ又はそれ以上を含み、且つそうした特徴及び態様はいかなる所望の作動的な組み合わせにおいても用いることができるということが考慮されている。
本開示において用いられた時には、「備える」、「備えている」、及び「備える」という語根から派生する他の語は、述べられたいずれかの特徴、要素、完全体、段階、又は部品の存在を指定する、幅広い解釈が可能な用語であることを意図されており、１つ又はそれ以上の他の特徴、要素、完全体、段階、部品、又はそのグループの存在を排除することを意図されていないという点にも注意されたい。
本発明の技術は、種々の様式の所望の物品を製造するように構成することができる。そのような物品は、例えば、ガウン、カバー、ラップ、ドレープ、衣類、包装体などとすることができる。物品はまた、吸収性物品とすることができ、吸収性物品は、幼児用おむつ、小児用トレーニングパンツ、女性用ケア用品、成人用失禁用衣類、などを含むことができる。物品は使い捨てとすることができ、限定された使用が意図される。使い捨て物品は通例、洗浄及び再使用を意図されない。

図１及び図２を参照すると、本発明の工程及び装置は、縦方向に延びる前後の機械方向２４と、横断方向に延びる左右の横方向２６と、ｚ方向と、をもつことができる。本開示の目的のためには、機械縦方向２４は、特定の部品又は材料が、この装置及び方法の特定の局所位置に沿って及びこれを通って長さ方向に運ばれていく方向である。横方向２６は、ほぼ、工程を通じて運ばれる材料の平面内にあり、局所機械縦方向２４に対して垂直な方向に位置合わせされる。ｚ方向は機械縦方向２４と横方向２６の両方に対して実質的に垂直に位置合わせされ、ほぼ深さ方向の厚さ方向に沿って延びる。
図１、図２、及び図５を参照すると、この方法及び装置と共に用いられる種々の部品は、軸方向１００、半径方向１０２、及び周方向１０４をもつことができる。軸方向１００は、選択された部品又は部材の指定の回転軸に沿って延びる。半径方向１０２は、回転軸から半径方向に延び、選択された部品又は部材の回転軸線に対してほぼ垂直である。周方向１０４は、選択された部品又は部材の回転軸の周りの軌道経路に沿って向けられ、半径方向１０２に対してほぼ垂直に位置合わせされ、軸方向１００に対してほぼ垂直に位置合わせされる。

図１及び図２に示すように、対象材料９８を超音波処理するための代表的な方法及び装置２０は、回転式超音波ホーン部材２８と、協働する回転式超音波アンビル部材８６と、を含むことができる。具体的な形態においては、この方法および装置は、結合操作を提供するように配置することができる。回転可能なアンビル部材８６は、ホーン部材２８の近傍に協働的に位置させることができ、超音波電源装置又は励振器８２は、ホーン部材に作動関係で接続することができる。通例、ホーン部材及びアンビル部材は、互いに対して逆回転するように構成することができ、それらの間に、超音波結合操作を行うことが可能なニップ領域を与える。ホーン部材を回転させるために、好適なホーン駆動装置９２を構成することができ、アンビル部材を回転させるために、好適なアンビル駆動装置９４を構成することができる。ホーン駆動装置及びアンビル駆動装置は、個別の、独立して提供された駆動機構により提供することもでき、また同一の駆動機構により提供することもできる。１つの具体的な配置においては、ホーン部材は、選択された駆動機構により回転させることができ、アンビル部材は、ホーン部材２８と、対象加工材料９８と、アンビル部材８６との間のニップ領域において発生する接触圧力により駆動させることができる。好適な駆動システムは、動力付きラインシャフトからの動力取り出し部分、モータ、エンジン、電気モータなど、及びその組み合わせを含むことができる。

回転可能なアンビル部材８６は回転軸１１４を有し、対応する回転駆動装置９４により回転されて、外周面９０において最小アンビル速度を与えることができる。１つの具体的な態様においては、アンビル周速度は少なくとも最小で約５ｍ／分とすることができる。代替的に、アンビル周速度は少なくとも約７ｍ／分とすることができ、随意的に、向上された性能を提供するために、少なくとも約９ｍ／分とすることができる。別の態様においては、アンビル周速度は最大約７００ｍ／分まで又はそれ以上とすることができる。代替的に、アンビル周速度は約６００ｍ／分までとすることができ、随意的に、向上された効果を提供するために、約５５０ｍ／分までとすることができる。アンビル速度は実質的に等速としてもよく、また必要に応じて非等速即ち変速としてもよい。
代表的に示されるように、アンビル部材８６は、ほぼ円形の、円盤形状をとることができ、またアンビル部材の外周面９０は、実質的に連続的であってもよい。或いは、アンビル部材は非円形の形状をとることもできる。更にアンビル部材の外周面は非連続的であってもよい。随意的に、アンビル部材は、１つ又はそれ以上のスポーク又はローブ部材からなる形状とすることができ、該スポーク又はローブ部材は同一の寸法及び／又は形状であってもよく、また異なる寸法及び／又は形状であってもよい。

ホーン部材２８は回転軸１１２を有し、対応する回転駆動装置９２により回転されて、外周面８８において、ほぼアンビル周速度と等しいホーン速度を与えることができる。随意的に、ホーン部材２８の周速度は、アンビル部材８６の周速度に合致しない及び等しくないものとすることができる。
代表的に示されるように、ホーン部材２８は、ほぼ円形の、円盤形状をとることができ、ホーン部材の外周面８８は、ほぼ連続的とすることができる。随意的に、ホーン部材は非円形の形状とすることができる。更に、ホーン部材の外周面は非連続的な形態とすることができる。
超音波励振器８２は、作動関係で接続され、好適な超音波導波管、ブースタ部材、及び接続／伝達部品を通じて、十分な量の超音波の力をホーン部材２８に向けることができる。好適な超音波励振器、超音波コネクタ、超音波ブースタ、及び超音波導波管はこの技術分野において周知であり、販売業者から入手可能である。

図３から図９までを参照すると、結合又は他の処理のための所望の方法及び装置２０は、回転可能な超音波ホーン部材２８と、回転可能な軸部材３４とを含むことができる。ホーン部材は、第１の軸方向側部３０と、第２の軸方向側部３２をもつことができる。軸部材はホーン部材２８に作動関係で接合することができ、分離部材４２は、ホーン部材２８に作動関係で接続することができる。具体的な態様においては、分離部材４２は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で、動的に撓み、屈曲して、分離部材の半径方向１０２に沿った作動的運動成分を与えることができ、分離部材の軸方向１００に沿った作動的運動成分を与えることができる。
図１１から図１７Ａまでを参照すると、超音波処理方法及び装置２０は、第１軸方向側部３０と第２軸方向側部３２とを有する回転可能な超音波ホーン部材２８を含むことができる。第１の回転可能な軸部材３４は、ホーン部材２８の第１軸方向側部３０に作動関係で接合することができ、第１分離部材４２は、第１軸部材３４に作動関係で接合することができる。特定の態様においては、第１分離部材は高い剛性を示すことができる。所望の特徴においては、第１の分離部材４２はホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、第１分離部材４２の半径方向１０２に沿った作動的運動成分と、第１分離部材４２の軸方向１００に沿った作動的運動成分を与えることができる。第１連結器５８は、第１分離部材４２と、第１の固定的に取り付けられた回転ベアリング６６との間に接続することができ、第１連結器５８は、第１分離部材４２に作動関係で固定することができる。第２の回転可能な軸部材３６は、ホーン部材２８の第２軸方向側部３２に作動関係で接合することができる。第２分離部材４４は、第２軸方向部材３６に作動関係で接合することができる。特定の態様においては、第２分離部材は、高い剛性を示すことができる。所望の特徴においては、第２分離部材４４はホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、第２分離部材４４の半径方向１０２に沿った作動的運動成分と、第２分離部材４４の軸方向１００に沿った作動的運動成分を与えることができる。第２連結器６０は、第２分離部材４４と、第２の固定的に取り付けられた回転ベアリング６８との間に接続することができる。第２連結器６０は、第２分離部材４４に作動関係で固定することができる。回転可能なアンビル部材８６は、アンビル部材８６とホーン部材２８との間の選択されたホーン−アンビルギャップ距離１０６を与えるように協働的に位置させることができる。特定の態様においては、アンビル部材８６は、ホーン部材２８に対して水平方向にオフセットされ垂直方向に重なる状態で位置させることができる。別の特徴においては、アクチュエータ１１０又は他の伝達装置は、ホーン−アンビルギャップ距離１０６を選択的に調整することができる。さらに、超音波励振器８２は、ホーン部材２８に作動関係で接続することができ、作動的な量の超音波エネルギーをホーン部材２８に与えることができる。特定の配置においては、超音波エネルギーは、約１５−６０ＫＨｚの範囲内の周波数を有することができる。

他の態様においては、軸部材３４はノード平面３８を与えることができ、分離部材４２は軸部材のノード平面の近傍に作動関係で配置することができる。代表的に表された形態に示すように、軸部材３４は、好適な超音波電源からの超音波エネルギーをホーン部材に向けることができる作動的な導波管を与えるように構成することができる。
同様にして、第２の軸部材３６は第２のノード平面４０を与えることができ、第２の分離部材４４は第２の軸部材３６の第２のノード平面４０の近傍に作動関係で配置することができる。具体的な形態においては、第２の軸部材３６は、好適な超音波電源からの超音波エネルギーをホーン部材に向けることができる作動的な導波管を与えるように構成することができる（例えば図１３Ａ）。

具体的な形態においては、軸部材３４は、ノード平面及び／又はアンチノード平面を与えることができる。分離部材４２は、必要に応じて、実質的に対応するノード平面に又はその近傍に隣接して配設するか、或いは実質的に対応するアンチノード平面に又はその近傍に隣接して配設するか、もしくは対応するノード平面又はアンチノード平面から離間された位置に配設することができる。
同様にして、第２の軸部材３６は、ノード平面及び／又はアンチノード平面を与えることができる。第２の分離部材４４は、必要に応じて、実質的に対応する第２のノード平面に又はその近傍に隣接して配設するか、或いは実質的に対応するアンチノード平面に又はその近傍に隣接して配設するか、もしくは対応するノード平面又はアンチノード平面から離間された位置に配設することができる。
更なる態様においては、分離部材４２は高い剛性及び剛さをもつことができ、実質的に非エラストマー性とすることができる。分離部材の動的な屈曲は実質的に非エラストマー性とすることができ、天然ゴム又は合成ゴムといったエラストマー材からなる部品を実質的にもたない機構によって与えることができる。更に他の態様においては、分離部材は全体的に片持ち梁形式の撓み及び屈曲を与えることができる。また、分離部材は、該分離部材の半径方向横向きに向けられた作動的な屈曲又は撓み変位成分を与えることができ、該分離部材の軸方向横向きに向けられた作動的な屈曲又は撓み変位成分を与えることができる。

同様にして、第２の分離部材４４は高い剛性及び剛さをもつことができ、実質的に非エラストマー性とすることができる。第２の分離部材の動的な屈曲は、エラストマー部品を実質的にもたない機構により与えることができる。更に他の態様においては、第２の分離部材は全体的に片持ち梁形態の撓み及び屈曲を与えることができる。また、第２の分離部材は、該第２の分離部材の半径方向横向きに向けられた作動的な屈曲又は撓み変位成分を与えることができ、該第２の分離部材の軸方向横向きに向けられた作動的な屈曲又は撓み変位成分を与えることができる。
更に別の態様においては、分離部材４２は半径方向分離コンポーネント４６と、軸方向分離コンポーネント５０とをもつことができる。半径方向分離コンポーネント４６は、軸部材３４に作動関係で接合することができ、該軸部材３４から少なくとも実質的に半径方向に延びるように構成することができる。具体的な態様においては、半径方向分離コンポーネントは、全体的に片持ち梁形式で軸部材から延びることができる。半径方向分離コンポーネント４６は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で、作動的に撓み、屈曲するように構成することができる。また、半径方向分離コンポーネントは、動的に屈曲して、該半径方向分離コンポーネントの厚さ方向に向けられる横向きの変位を与えることができる。従って、半径方向分離コンポーネントの動的な屈曲は、ほぼ分離部材の軸方向に沿って揺動することができる。

軸方向分離コンポーネント５０は、半径方向分離コンポーネント４６の作動部分に作動関係で接合することができ、該半径方向分離コンポーネント４６から少なくとも軸方向に延びるように構成することができる。具体的な態様においては、軸方向分離コンポーネントは、全体的に片持ち梁形式で半径方向分離コンポーネントから延びることができる。軸方向分離コンポーネント５０は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で、作動的に撓み、屈曲するように構成することができる。また、軸方向分離コンポーネントは、動的に屈曲して、該軸方向分離コンポーネントの厚さ方向に向けられる横向きの変位を与えることができる。従って、軸方向分離コンポーネントの動的な屈曲は、ほぼ分離部材の半径方向に沿って揺動することができる。
同様にして、第２の分離部材４４は対応する半径方向分離コンポーネント４８と、対応する軸方向分離コンポーネント５２をもつことができる。第２の半径方向分離コンポーネント４８は、対応する第２の軸部材３６に作動関係で接合することができ、該軸部材３６から少なくとも実質的に半径方向に延びるように構成することができる。具体的な態様においては、第２の半径方向分離コンポーネントは、全体的に片持ち梁形態で、対応する軸部材から延びることができる。第２の半径方向分離コンポーネント４８は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で、作動的に撓み、屈曲するように構成することができる。また、第２の半径方向分離コンポーネント４８は、動的に屈曲して、該半径方向分離コンポーネント４８の厚さ方向に向けられる横向きの変位を与えることができる。従って、第２の半径方向分離コンポーネントの動的な屈曲は、ほぼ第２の分離部材の軸方向に沿って揺動することができる。

第２の軸方向分離コンポーネント５２は、対応する第２の半径方向分離コンポーネント４８の作動部分に作動関係で接合することができ、該第２の半径方向分離コンポーネントから少なくとも軸方向に延びるように構成することができる。具体的な態様においては、第２の軸方向分離コンポーネント５２は、全体的に片持ち梁形式で、対応する第２の半径方向分離コンポーネント４８から延びることができる。第２の軸方向分離コンポーネント５２は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で、作動的に撓み、屈曲するように構成することができる。また、第２の軸方向分離コンポーネント５２は、動的に屈曲して、該第２の軸方向分離コンポーネントの厚さ方向に向けられる横向きの変位を与えることができる。従って、第２の軸方向分離コンポーネントの動的な屈曲は、ほぼ第２の分離部材の半径方向に沿って揺動することができる。

方法又は装置の種々の態様、特徴、及び構成は、単独で又は組み合わされて、例えば軸部材３４によって提供されるような対応する導波管と、高い剛性及び剛さを有する少なくとも１つの分離コンポーネント４２とを含む、独立した回転式超音波ホーンシステムを提供することができる。分離部材は、導波管の縦方向ノードで生じうる半径方向の運動を作動的に分離することができ、通常の操作の間に起こりうるノードシフトを補償するのに十分な帯域幅を与えることができる。特に、分離部材は、導波管を通じた実際の超音波エネルギーの移動の間に生じる、実際のノード平面のリアルタイムでの位置の変化を補償することができる。分離部材はまた、向上された強度を与え、荷重下での変形を低減することができる。増大した強度は同軸度の維持に役立たせることができ、ホーン部材の加工面における振れ変位の低減に役立たせることができる。更に、分離部材はより効率的にホーン部材にトルクを伝達することができ、効果及び操作効率の向上を提供することができる。分離部材はまた、応力集中を低減し、且つ耐疲労性を増大させるように構成することができる。更に、分離部材は、構成部品間の相対的な運動を低減することができる取付けシステムを提供することができる。この方法及び装置は、従来のエラストマー性Ｏ−リング及び関連する分離リングハードウェアといったエラストマー性分離コンポーネントの必要性をなくすことができる。この方法及び装置はまた、トルク伝達キーの必要性を低減することができ、回転ホーン及び回転アンビルの所望の位置を維持するための補助的な支持ホイールの使用を回避することができる。
さらに、調整システムは、回転ホーンと回転アンビルとの間のニップ領域又は他の超音波処理区域をより効果的に修正するように構成することができる。特定の配置は、ホーンとアンビルとの間のニップギャップ領域のより効果的な及びより正確な調整を可能にする調整を与えることができる。

この方法及び装置において用いることができるホーン部材は、当該技術分野において周知である。例えば、好適な回転式超音波ホーン部材は、１９９２年３月１７日にＪｏｓｅｐｈ Ｇ． Ｎｅｕｗｉｒｔｈ他に付与された発明の名称「超音波回転式ホーン」の米国特許第５，０９６，５３２号、１９９２年５月５日にＴｈｏｍａｓ Ｄ． Ｅｈｌｅｒｔ他に付与された発明の名称「高効率超音波回転式ホーン」の米国特許第５，１１０，４０３号、及び１９９２年２月１１日にＪｏｓｅｐｈ Ｇ． Ｎｅｕｗｉｒｔｈに付与された発明の名称「向上された端部構成を有する超音波回転式ホーン」の米国特許第５，０８７，３２０号に開示されている。これらの文書の各々が全体として、本明細書に一致するように引用により本明細書に組み入れられている。
軸部材３４によって提供されるもののような１つ又はそれ以上の導波管を組み入れることもまた、当該技術分野において周知である。好適な導波管の構造及び配置は従来通りであり、超音波結合システムなどの超音波処理システムに使われる周知の工業技術を用いて実行することができる。

本開示については、選択された導波管のノード平面は、この方法及び装置の軸方向に沿って配置された縦方向ノードである。このノード平面において、選択された超音波励振を伴う通常の操作の間に、ほぼゼロの縦方向（例えば軸方向）変位が存在する。しかしながら半径方向の変位は、縦方向のノードにおいて生じ続ける場合がある。
この方法及び装置において用いることができる回転可能なアンビル部材は、当該技術分野において周知であり、販売業者から入手可能である。そうした販売業者の例は、ペンシルヴァニア州ウェスト・チェスターに位置する事業所を有するソノボンド社、及びコネティカット州ダンベリーに位置する事業所を有するブランソン・ウルトラソニックス社を含む。
従来の超音波励振器及び電源は、本発明の方法及び装置において用いることができ、販売業者から入手可能である。好適な超音波電源システムの例は、イリノイ州セント・チャールズに位置する事業所を有するデュケイン・ウルトラソニックス社から入手可能なモデル２０Ａ３０００システム、及びイリノイ州ショウンバーグに位置する事業所を有するハーマン・ウルトラソニックス社から入手可能なモデル２０００ＣＳシステムを含む。１つの具体的な態様においては、この方法及び装置は、ホーン部材２８に作動関係で接続され、約１５−６０ｋＨｚ（キロヘルツ）の範囲内の周波数で作動的な量の超音波エネルギーを提供することができる超音波励振器８２を含むことができる。他の作動的な超音波周波数もまた用いることができると認識されるべきである。

図３から図６Ａまでを参照すると、分離部材４２の少なくとも１つの領域は、選択されたホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、該分離部材の半径方向に対してほぼ横向きに位置合わせされたビーム様式の作動的な撓み変位又は屈曲変位成分を与えることができる。１つの具体的な態様においては、分離部材は、該分離部材のほぼ軸方向に向けられた１つ又はそれ以上の動的な屈曲及び撓み変位又は動きを示す１つ又はそれ以上の領域を与えることができる。例えば、分離部材の半径方向分離コンポーネント４６は、該分離部材のほぼ軸方向に沿って延びる経路を往復して揺動する１つ又はそれ以上の動的な屈曲変位及び撓み変位を与えるように構成することができる。所望の態様においては、分離部材は、振動ダイヤフラムのように動くことができる。より具体的な態様においては、半径方向分離コンポーネント４６は、振動ダイヤフラムのように動くことができる。
分離部材はまた、該分離部材の軸方向に対してほぼ横向きに向けられた１つ又はそれ以上の動的な屈曲及び撓み変位又は動きを示す１つ又はそれ以上の領域を提供することができる。具体的な態様においては、分離部材は、該分離部材のほぼ半径方向に向けられた１つ又はそれ以上の動的な屈曲及び撓み変位又は動きを示す１つ又はそれ以上の領域を与えることができる。例えば、分離部材の軸方向分離コンポーネント５０は、該分離部材のほぼ半径方向に沿って延びる経路を振動的に往復して揺動する１つ又はそれ以上の動的な屈曲変位及び撓み変位を与えるように構成することができる。分離部材４２によって示される既述の屈曲変位及び撓み変位に加えて、該分離部材は、通常の超音波結合操作の間に通例引き起こされる他の動的な運動を経験することもあると容易に認識されるであろう。

同様にして、第２の分離部材４４は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、該第２の分離部材の半径方向に沿う作動的な撓み及び屈曲又は他の運動成分を与えることができ、且つ該第２の分離部材の軸方向に沿う作動的な撓み及び屈曲又は他の運動成分を与えることができる。半径方向及び／又は軸方向に沿う撓み及び屈曲は、第２の分離部材４４の過剰な疲労なしに与えることができる。
第２の分離部材４４が特定の半径方向分離コンポーネント４８及び／又は軸方向分離コンポーネント５２を有する場合には、半径方向分離コンポーネント及び／又は軸方向分離コンポーネントの各々は、過剰な疲労なしに屈曲するように構成することができる。第２の分離部材４４は、第１の分離部材４２により提供されたものと類似の形態及び操作を協働的にもつことができると容易に認識されるであろう。従って、第１の分離部材４２に関して記載された種々のパラメータ及び説明は、第２の分離部材４４にも属し、またいかなる他の追加的に用いられた分離部材にも属する。

ほぼ軸方向及び／又は半径方向に沿って引き起こされうる、横向きの動的な屈曲変位及び撓み変位は、分離部材の位置と関連するノード平面の位置との間のいかなる不一致も補償できることが見出されている。より具体的な態様においては、横向きの動的な屈曲変位及び撓み変位は、（ａ）分離部材４２、４４がそれぞれ対応する軸部材３４、３６に接続される物理的な位置と、（ｂ）対応する軸部材３４、３６の軸方向長さに沿った対応する動的ノード平面３８、４０の実際の位置との間のいかなる不一致の補償にも役立たせることができる。そのような不一致は、この方法及び装置の操作の際に、温度変化、超音波周波数の変化、対象加工材料などにおける変化、及びその組み合わせによって起こるシフトに起因して生じうる。
分離部材の半径方向及び／又は軸方向に対して横向きの動的な撓み変位及び屈曲変位は、対応する分離部材の過剰な疲労を生成することなく与えられることが望ましい。特定の分離部材が、個別に識別可能な半径方向分離コンポーネント４６、４８及び／又は個別に識別可能な軸方向分離コンポーネント５０、５２を有する場合には、そうした半径方向分離コンポーネント及び／又は軸方向分離コンポーネントの各々は、当該技術分野で周知の従来のパラメータ及び設計技術を用いることにより、各々過剰な疲労なしに屈曲するように構成することができる。例えば、長さ、厚さ、弾性係数、及び他のパラメータは、半径方向分離コンポーネントの作動的な屈曲及び耐疲労性を与えるように選択し構成することができる。同様に、長さ、厚さ、弾性係数、及び他のパラメータは、軸方向分離コンポーネントの作動的な屈曲及び耐疲労性を提供するように選択し構成することができる。

１つの具体的な態様において、分離部材は、意図された通常の操作条件下で最小約４０００時間の間、過剰な疲労による不具合なしに作動することができる。分離部材は、実質的に、その意図された通常の操作条件下で判断される疲労による不具合なしに、最小約５０００時間の超音波作動活動を提供できることが望ましく、実質的に疲労による不具合なしに、最小約６０００時間の超音波作動活動を提供できることがより望ましい。
１つの具体的な態様においては、分離部材は、通常の操作の間に該分離部材の降伏強さの約１０％を超えない応力レベルにさらされるように構成することができる。或いは、分離部材は、通常の操作の間に該分離部材の降伏強さの約１％を超えない応力レベルにさらされるように構成することができる。
分離部材は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で作動的に屈曲し往復揺動して、半径方向に沿った作動的運動成分と、軸方向に沿った作動的運動成分とを与えるように構成することができる。周波数のホーン活動範囲は、名目上の超音波周波数の約±３％の範囲とすることができる。名目上の周波数とは、この方法及び装置を作動させて、選択された処理操作を実行することが意図されている、対象超音波周波数である。

本発明の方法及び装置の種々の形態において、半径方向分離コンポーネントは、分離部材の周方向に沿って非連続的に又は実質的に連続的に延びることができる。図３から図６Ａまでを参照すると、代表的に示された半径方向分離コンポーネント４６は、必要に応じて、ほぼ円盤形状とすることができ、又はほぼ環状とすることができる。
図３から図８までを参照すると、軸方向分離コンポーネント５０は、半径方向分離コンポーネント４６からの、ほぼ軸方向の延長部を与えるように構成することができる。代表的に示された配置の例においては、軸方向分離コンポーネント５０は、半径方向分離コンポーネント４６の半径方向外方部分から軸方向に向けられた延長部を与えるように構成することができる。軸方向分離コンポーネントは、半径方向分離コンポーネントからの非連続的な又は実質的に連続的な軸方向延長部を与えるように構成することができる。また、軸方向分離コンポーネントは、分離部材の周方向１０４に沿って非連続的に又は実質的に連続的に延びるように構成することができる。代表的に示された形態の例においては、軸方向分離コンポーネント５０は、ほぼ円筒形状とすることができる。

本発明の種々の形態においては、ホーン部材と、関連する軸部材（単数又は複数）と、協働する分離部材（単数又は複数）は、別々に設けられ互いに作動関係で取り付けられた部品とすることができる。或いは、ホーン部材と、関連する軸部材（単数又は複数）と、協働する分離部材（単数又は複数）は、超音波結合装置の組み立てに適した単一の材料部品から一体に形成することもできる。例えば、ホーン部材と、軸部材と、分離部材は、同一のバーストック部品から機械加工することができる。
分離部材４２に関連して、軸方向分離コンポーネント５０及び半径方向分離コンポーネント４６は、別々に設けられ互いに作動関係で取り付けられた部品とすることができ、また超音波結合装置の組み立てに適した単一の材料部品から一体に形成することもできる。例えば、軸方向分離コンポーネント及び半径方向分離コンポーネントは、同一のバーストック材料部品から形成することができる。
代替的な形態においては、軸方向分離コンポーネント５０は、半径方向分離コンポーネント４６と別々にすることができる。別の特徴においては、軸方向分離コンポーネントは、協働する連結部材５８と一体に形成することもできる。次に、軸方向分離コンポーネントの指定された部分は、独立して設けられた協働する半径方向分離コンポーネント４６に取り付け、固定することができる。図１０に代表的に示されるように、半径方向分離コンポーネントは、軸方向分離コンポーネントにプレス嵌めすることができる。図１０Ａに示すように、半径方向分離コンポーネントは、ボルト留めか又は他の方法で軸方向分離コンポーネントに固定することができる。

図１０Ｂに代表的に示されるように、随意的な配置においては、分離部材４２は、半径方向分離コンポーネント４６と一体に設けられた軸方向分離コンポーネント５０をもつことができ、該分離部材は、協働する連結器と一体に形成することができる。半径方向分離コンポーネントは、いずれかの好適な固定システムを用いて軸部材３４に作動関係で取り付けることができる。
図１０Ｃに示すように、分離部材４２の別の構成は、分離部材４２の軸方向分離コンポーネント５０にプレス嵌めされた協働する連結器５８をもつことができる。追加的に、軸方向分離コンポーネント５０と、半径方向分離コンポーネント４６と、軸部材３４は、いずれかの作動的な形態において、互いに連結することができると容易に認識されるであろう。
この方法及び装置は、１つ又はそれ以上の連結器５８及び６０により提供されるような少なくとも１つの、随意的に複数の、回転連結器を含むことができる。本発明の種々の配置において、各連結器は、他の連結器の幾つか又は全てと作動上類似するように構成することができる。従って、特定の連結器に関して記載された配置、構造的特徴、操作的特徴、又は他の形態は、他の連結器によっても組み入れることができる。

図４から図１０Ｃまでに代表的に示されるように、分離部材４２は、回転可能な連結器５８に接合することができ、該連結器は少なくとも１つの回転ベアリング６６及び関連する取付け構造により支持することができる。従って、連結器５８は分離部材４２と回転ベアリング６６との間を互いに連結することができる。所望の形態においては、回転ベアリング６６及び対応するマウント７０は、回転可能な連結器５８を固定的に保持し支持することができる。ベアリングマウントは軸部材のノード平面にほぼ隣接して配設することができる。或いは、ベアリングマウントは、軸部材のノード平面からかなりの距離を離間することができる。代表的に示されるように、ベアリング支持マウント７０は、軸部材３４によって提供されたノード平面３８にほぼ隣接して配設することができる。

図６Ａ及び図９を参照すると、ホーン部材２８は、複数のベアリング部材６６及び６６ａ、並びに関連する支持マウント７０及び７０ａによって、片持ち梁位置で保持することができる。連結器５８は軸寸法に沿って延長することができ、１対のベアリング部材は、一方のベアリング部材が連結器の各軸端部の近傍に設置された状態で配置することができる。ベアリング部材は、高い剛性及び剛さを示す実質的に固定された位置に連結器を保持できるような形で、対応する支持マウントに取り付けることができる。適切なブースタ部材及び導波管は、連結器を貫通して延び、軸部材３４及びホーン部材２８に作動関係で接続されるように構成することができる。
１つの具体的な態様においては、本発明の方法及び装置は、非常に低い静的変形を示す回転可能なホーン部材２８を提供するように構成することができる。所望の形態においては、表面８８の軸寸法に沿い且つ回転可能なホーンの半径方向に沿う中心の位置において、ホーン部材２８の外周面８８に対向して向けられる４４５Ｎ（１００ポンド）の静止力がかけられた時に、静的変形は約０．０２５ｍｍ（約０．０００５インチ）又はそれ以下とすることができる。他の形態においては、静的変形は、最大で約０．７６ｍｍ（約０．０３インチ）までとすることができる。ホーン変形は、代替的に約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）より大きくないものとすることができ、随意的に、向上された効果を提供するために、約０．３ｍｍ（約０．０１２インチ）より大きくないものとすることができる。１つの具体的な配置においては、ホーン部材の静的変形は、約０．０７６ｍｍ（約０．００３インチ）より大きくないものとすることができる。

別の態様においては、第２のベアリング支持マウント７２を用いてホーン部材をスパニング・ブリッジ形式で支持することができる（例えば図１２及び図１３）。第２のマウント７２は、第２の軸部材３６により提供される第２のノード平面４０にほぼ隣接して配設することができ、第２の回転可能な連結器６０を固定的に保持し支持することができる。或いは、ベアリングマウントは、軸部材のノード平面からかなりの距離を離間することができる。代表的に示されるように、第２の支持マウント７２は、軸部材３６によって提供されたノード平面４０にほぼ隣接して配設することができる。
本発明の方法及び装置は、追加的に、表面８８の軸寸法に沿い且つ回転可能なホーンの半径方向に沿う中心の位置において、ホーン部材２８の外周面８８に向けられた４４５Ｎ（１００ポンド）の静止力がかけられた時に、約０．００４ｍｍ（約０．０００１５インチ）又はそれ以下の静的変形を示す回転可能なホーン部材２８を提供するように構成することができる。具体的な態様においては、ホーン変形は、代替的に約０．００２ｍｍ又はそれ以下とすることができ、また随意的に０．００１ｍｍ又はそれ以下とすることができる。他の態様においては、ホーン変形は、最大約０．０７５ｍｍより大きくないものとすることができる。ホーン変形は、代替的に約０．０５ｍｍより大きくないとすることができ、更に向上された性能を提供するために随意的に０．０１ｍｍより大きくないものとすることができる。

この方法及び装置は更に、顕著に低いレベルの動的振れを示す回転可能なホーン部材２８を与えるように構成することができる。所望の特徴においては、ホーンの振れは、毎分５回転の回転速度において約０．００２５ｍｍ（約０．００００１インチ）又はそれ以下とすることができる。更に別の特徴においては、ホーン部材は、約０．０１８ｍｍ（約０．０００７インチ）より大きくない最大振れを示すことができる。ホーン振れは、代替的に約０．０１３ｍｍ（約０．０００５インチ）より大きくないものとすることができ、また向上された性能を提供するために随意的に約０．０１ｍｍ（約０．０００４インチ）より大きくないものとすることができる。
ホーン部材の軸方向両側の側部に配置された高剛性の分離部材４２、４４を伴う回転式ホーン部材２８を有するこの方法及び装置の形態は、特に、所望の低レベルのホーン変形及び振れを与えることができる。加えて、回転ベアリング６６、６８及び対応的に関連する支持マウント７０、７２に実質的に固定された位置における分離部材４２、４４の高剛性の保持は、少量のホーン変形及び振れを与え維持することを更に助けることができる。

図３から図６Ａまでに示された本発明の態様を参照すると、分離部材４２は、高い剛性及び剛さを有し、且つ軸部材３４により提供された導波管に接続され取り付けられたほぼ環状の半径方向分離コンポーネント４６をもつことができる。取付部は、導波管の軸部材のほぼ期待されたノード平面に配設される。全体として円筒形状の軸方向分離コンポーネント５０は、高い剛性及び剛さをもつように構成され、半径方向分離コンポーネント４６の遠位外縁領域に接続し取り付けることができる。軸方向分離コンポーネントは、半径方向分離コンポーネントから、ホーン部材２８に向かって内方に、又はホーン部材から外方に延びることができる。或いは、軸方向分離コンポーネントは、内方と外方の両方に延びることができる。
図３及び図４に示す配置に図示するように、軸方向分離コンポーネント５０は、内方と外方の両方に、実質的に同等の距離だけ延びることができる。随意的に、軸方向分離コンポーネントは、内方と外方の両方に、異なる等しくない距離だけ延びることもできる。軸方向分離コンポーネント５０は、対応する連結器５８から距離をおいて軸方向分離コンポーネントを保持する、１つ又はそれ以上の、半径方向に突出する実質的に環状のスペーサ５１を含むことができる。代表的に示されるように、１対のスペーサ５１の各々は、軸方向分離コンポーネントの相対する軸方向端部の各々に配置することができる。離間された距離は、軸方向分離コンポーネントの作動的な量の動的な屈曲撓みを許すように構成される。

図５、図６、及び図６Ａに示す本発明の態様を参照すると、分離部材４２は、高い剛性及び剛さを有し、軸部材３４により提供された導波管に接続され取り付けられたほぼ環状の半径方向分離コンポーネント４６を含むことができる。取付け部は、導波管、軸部材のほぼ予期されたノード平面に配設される。全体として円筒形状の軸方向分離コンポーネント５０は、高い剛性及び剛さをもつように構成され、半径方向分離コンポーネント４６の外縁領域に接続され取り付けられる。軸方向分離コンポーネントは、半径方向分離コンポーネントから、ホーン部材と反対向きに外方に延びることができる。
この方法及び装置の種々の配置においては、取付け部、又は他の軸部材と対応する接続された分離部材との間の作動的な接続部の形態は、ゴム又は他のエラストマー部品を実質的にもたないものとすることができる。従って、取り付け機構は、高い剛性及び剛さを有し、且つ実質的に非弾性の作動的接続部を与えることができる。

分離部材４２は、ダイヤフラム状要素及び取り付けフランジ５４を含むことができる。ダイヤフラム状要素は、高い剛性及び剛さを有し、軸部材３４又は他の導波管から実質的に半径方向に延びる実質的に連続的な半径方向コンポーネント４６を含むことができる。また、半径方向コンポーネント４６は、軸部材又は他の導波管のほぼノード平面３８に配設することができる。半径方向コンポーネントは、通常のホーン活動周波数範囲の下で、疲労寿命を犠牲にすることなしにこの半径方向コンポーネントが作動上屈曲することを許すことができる長さをもって半径方向外方に突出することができる。半径方向コンポーネントから外方に動くとき、分離部材４２の構造上の形状は、分離部材の軸方向に沿って延びる軸方向コンポーネント５０を与えるように変化することができる。代表的に示されるように、軸方向コンポーネントは、導波管又は軸部材３４の回転軸に対して実質的に平行に突出するほぼ円筒形の形状をもつことができる。

分離部材４２の半径方向コンポーネント及び軸方向コンポーネントの長さは、これらの部品が、意図された操作の間に、導波管のノードにおいて又はその近くで起こりうる半径方向又は軸方向に向けられた通常の運動の範囲にわたって動的に撓み、屈曲することを許すのに十分なだけ長い。特に、円筒形状の軸方向長さは、導波管のノードにおいて又はその近くで起こりうる半径方向に向けられた通常の運動の範囲にわたって動的に撓み、屈曲することができる。そのような半径方向に向けられた運動は、普通、ホーン部材２８に向けられた超音波エネルギーによって生み出された共振から起こりうる。ダイヤフラム形状の半径方向長さは、導波管のノードにおいて又はその近くで起こりうる軸方向に向けられた通常の運動の範囲にわたって動的に撓み、屈曲することができる。そのような軸方向に向けられた運動もまた、ホーン部材２８に向けられた超音波エネルギーによって生み出された共振から起こりうる。分離部材の半径方向コンポーネント及び軸方向コンポーネントの動的な屈曲の動きの組み合わせは、超音波電源によって励振された通常の振動的伸縮の間にホーン部材２８及び導波管（例えば軸部材３４）において誘発された半径方向及び軸方向の運動を制振する働きをすることができる。制振は、ホーン２８が通常の操作の間に及ぼされる超音波周波数の通常の範囲にわたって起こりうる。

分離部材４２の最外径といった選択された領域においては、作動的な締結／取り付け機構又は方法を用いて、分離部材を、連結器５８といった超音波結合システムの他の部品に取り付け固定することができる。代表的に示されるように、例えば締結機構は、軸方向分離コンポーネント５０の最外径に設置することができる。１つの配置においては、分離部材４２（例えば分離部材の軸方向分離コンポーネント５０）は、延長フランジ部５４を含むことができる。代表的に示されるように、接合フランジ５４は、全体的に半径方向に延びる部分を含むことができ、また全体的に軸方向に延びる部分を含むこともできる。所望の態様においては、接合フランジは、連結器開口部６２に作動関係で配設し固定することができる。別の態様においては、連結器フランジ部５４は、締まり摩擦嵌めを含むことにより、連結器開口部６２に作動関係で取り付けることができる。フランジは、例えば、連結器開口部６２によって与えられるようなボア開口部にプレス嵌めすることができ、また追加的に又は代替的に、ファスナによって所定の位置に保持することもできる。
或いは、締まり摩擦嵌めは、指定の開口部（例えば連結器開口部６２）を有する部品を熱膨張させ、膨張した開口部に捕捉される又は保持されることを意図された部品又は部品部分（例えば分離部材４２）を挿入することによって生成することもできる。開口部は、熱が消散した時には、収縮し、挿入された部品を固定するのを助けることができる。

別の締結の配置においては、フランジは、必要に応じて適切に延長することができ、分離部材を所定の位置に保持するためにクランピング配置を用いることができる。更に別の締結の配置は、クランピングに適した表面を有する単一の延長部を組み入れることができる。
更に別の態様においては、接続フランジは、対応する分離部材４２と実質的に切れ目なく且つ一体に形成することができる。随意的に、フランジは、後で分離部材に取り付けられる、別個に設けられた部品とすることもできる。また、分離部材は、対応する導波管又は軸部材３４と実質的に連続的に且つ一体に形成することができる。これにより、ホーンは選択された位置に、より正確に保持することができ、更に大きな荷重を及ぼされた時により良好に所望の位置を維持することができる。また、所望の回転駆動トルクを、より効率的にホーン２８に伝達することができる。

所望の特徴においては、連結器は、軸方向分離コンポーネントの周辺部の周りにほぼ一様に分散される、保持し固定する力を与えることができる。例えば、連結器は、軸方向分離コンポーネントに対して実質的に半径方向内方に向けられる、実質的に一様に分散された圧縮固定力を与えることができる。随意的に、軸方向分離コンポーネントは、連結器に対して実質的に半径方向内方に向けられる、実質的に一様に分散された圧縮固定力を提供することもできる。
連結器５８は、第１の分離部材４２がその中に作動関係で配設され固定される連結器開口部６２を提供することができる。１つの具体的な態様においては、分離部材４２の軸方向分離コンポーネント５０は、連結器開口部６２に作動関係で配設し固定することができる（例えば図４及び図６）。例えば、連結器５８は、分離部材４２の軸方向分離コンポーネント５０がその中に作動関係で配設され固定される、実質的に円筒形状の連結器開口部６２を提供することができる。分離部材は連結器開口部に、例えばプレス嵌めすることもできる。

随意的に、軸方向分離コンポーネントは、分離部材開口部を与えるように構成することができ、連結器の作動的端部は、該分離部材開口部に作動関係で配設し固定することができる。例えば、連結器は分離部材開口部にプレス嵌めすることもできる。
代表的に示されるように、連結器５８は、それを通じて他の部品が作動的に設置され向けられるチューブ構造を与えるように構成することができる。例えば図４及び図８を参照すると、軸部材３４は連結器に関して同一直線的に即ち同軸的に配置することができ、該軸部材は、連結器を貫通して延びることができる。また、超音波ブースタ部材７４は連結器に関して同一直線的に即ち同軸的に配置することができ、該ブースタ部材は、連結器を貫通して延びることができる。ブースタ部材は更に軸部材３４に作動関係で接続することができ、超音波励振器８２は、従来の技術又は装置のいずれかを用いてブースタ部材７４に作動関係で接続することができる。例えば、電力は、好適な導電体を用いて従来のスリップリング７８組立体に向けられ、該スリップリング組立体を用いて、電力を超音波励振器に作動関係で向けることができる。励振器は電力を用いて所望の超音波エネルギーを生成し、該超音波エネルギーをホーン部材２８に向けることができる。代表的に示されるように、超音波エネルギーは、軸部材３４及びホーン部材を通してブースタ部材７４に向けることができる。

この方法及び装置は、支持フレーム２２に好適に取り付けることができる。連結器部材５８は、実質的に非エラストマー性であり且つ比較的高い剛性及び剛さを有する取り付けシステムを用いて、実質的に非弾性的に支持することができる。取り付けシステムは、天然ゴム又は合成ゴムといったエラストマー材を用いて組み立てられた部品を実質的にもたないものとすることができる。１つの具体的な態様においては、回転ベアリング６６は実質的に非弾性的に取り付けることができ、取り付けシステムは、エラストマー材Ｏ−リングなどにより提供されるエラストマー性取り付け要素を実質的にもたないものとすることができる。支持フレームは、好適な振動制振材料で構成されたことが望ましい。種々の従来の制振材料は当該技術分野において周知である。フレームは、例えば、鉄から構成することもでき、鉄は、約１００−５００の制振能力をもつことができる。
所望の結合パターン９６又は他の選択された処理機構は、回転アンビル部材８６の外周面９０に設けることができ、又は必要に応じて回転ホーン部材２８の外周面８８に設けることもできる。代表的に示された形態においては、所望の結合パターンはアンビル部材８６の外周面９０に設けられる。結合パターンは、当該技術分野で周知の形でアンビル部材８６の外面９０から実質的に半径方向に突出するように構成された複数の結合要素１３２から成るものとすることができる。結合要素は、アンビル部材８６の外周面９０又は必要に応じてホーン部材２８の外面８８の全体に亘って、規則的な又は不規則なアレイ状に、非連続的に又はほぼ連続的に分散させることができる。

この方法及び装置は、回転ホーン部材２８に直接接触する回転支持体を実質的にもたないものとすることができる。特に、この方法及び装置は、ホーン部材２８の外周面８８に直接接触する回転支持体を実質的にもたないものとすることができる。
更に別の態様においては、この方法及び装置は、回転アンビル部材８６に直接接触し、回転ホーン部材に対する回転アンビル部材の選択された位置を維持する支持体を、実質的にもたないものとすることができる。より具体的には、この方法及び装置は、アンビル部材８６の外周面９０に直接接触する回転支持体を、実質的にもたないものとすることができる。

図１１から図１３までを参照すると、この方法及び装置は、インタースパニング・ブリッジ形式で取り付けられ、高い剛性及び剛さを示す形態を用いることにより音波的に分離された回転式超音波ホーンを組み入れることができる。所望の形態においては、ホーン部材２８は、該ホーン部材の軸方向両側の側部にほぼ対称に配置された回転ベアリング及び関連する支持マウントにより保持することができる。従って、ホーン部材２８と、軸部材３４及び３６と、分離部材４２及び４４は、連結器５８及び６０の間に、また支持マウント７０及び７２の間にわたるように構成することができる。所望の特徴は、ホーン部材２８の各側部に実質的に対称形態で配置された軸部材３４及び３６と、対応する分離部材４２及び４４とをもつことができる。或いは、ホーン部材２８の各側部に非対称に配置された軸部材３４及び３６と、対応する分離部材４２及び４４とをもつことができる。

ホーンのブリッジ形式の取り付けは、ホーンの外面を所望の結合操作とは外れた位置まで過剰に移動させる可能性がある低すぎる静剛さ及び高すぎるホーン変形の問題を著しく低減することができる。ホーン部材とアンビル部材との間のニップ領域に見られるように、そのようなホーン部材の望ましくない変形は、ホーンの外面８８を、協働するアンビル部材８６の外面９０に対して非平行過ぎる位置まで移動させる可能性がある。回転ホーン２８のブリッジ形式の取り付け、高い剛性をもつ分離部材、精密ベアリングの組み入れ、及び本発明の他の特徴は、向上された正確さ及び安定性の提供に役立つことができる。

方法及び装置の特定の特徴は、アンビル支持組立体によって与えることができる。アンビル支持組立体は、アンビル組立体を保持し取り付けるためにほぼ対称に配置された取り付けシステムを含むことができる。所望の配置においては、アンビル組立体は、精密機械加工されたアンビル部材８６と、アンビルシャフト１１６及び１１６ａを含むことができる。アンビルは、回転方向に動的にバランスを取ることができ、普通の励起周波数で動力が与えられた協働するホーンと共に作動されたときに、実質的に共鳴が無いように構成することができる。したがって、アンビル部品とそれに関連する支持部品は、作動の際に低い振れと高い動的安定性を別個に呈することができる。
更に別の特徴においては、フレーム及び他の支持組立体部品は、押し出しされた鉄により提供されるもののような高制振材料を組み入れることができ、高度の静剛さ及び動剛さを与えるように構成することができる。支持組立体部品はまた、ホーンが通常の励振周波数で作動された時には、実質的に共鳴を回避するように形成し構成することができる。

図１４及び図１５を参照すると、この方法及び装置は、剛さ及び剛性の高いフレーム２２を、ホーン部材及びアンビル部材のための関連する支持部品と共に含むことができる。１つの具体的な特徴においては、フレームは、ホーン部材２８に関して、実質的に対称形態の取り付け及び支持を与えることができ、且つアンビル部材２８に関して、実質的に対称形態の取り付け及び支持を与えることができる。更に別の特徴においては、フレームは、高いレベルの静剛さ及び動剛さの提供に役立つことができ、且つ高いレベルの動的安定性の提供に役立つことができる。
代表的に示されるように、回転可能な超音波ホーン部材２８は、第１の軸方向側部３０と、第２の軸方向側部３２を有し、該ホーン部材２８の第１の軸方向側部３０は、第１のノード平面３８を与えることができる第１の回転可能な軸部材３４に、作動関係で接合することができる。第１の軸部材３４は、該第１の軸部材３４の第１のノード平面３８の近傍に作動関係で設置された第１の分離部材４２に、作動関係で接合することができる。１つの具体的な態様においては、第１の分離部材４２は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、その半径方向１０２に沿った作動的運動成分と、その軸方向１００に沿った作動的運動成分とを与えることができる。ホーン部材２８の第２の軸方向側部３２は、第２のノード平面４０を与えることができる第２の回転可能な軸部材３６に、作動関係で接合することができる。第２の軸部材３６は、該第２の軸部材３６の第２のノード平面４０の近傍に作動関係で設置された第２の分離部材４４に、作動関係で接合することができる。１つの具体的な態様においては、第２の分離部材４４は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、該第２の分離部材４４の半径方向に沿った作動的運動成分と、第２の分離部材４４の軸方向に沿った作動的運動成分とを与えることができる。

別の態様においては、第１の分離部材４２は、第１の半径方向分離コンポーネント４６と、第１の軸方向分離コンポーネント５０とをもつことができる。第１の半径方向分離コンポーネント４６は第１の軸部材３４に接合されており、該第１の軸部材３４から少なくとも実質的に半径方向に延びるように構成されており、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲するように構成される。また、第１の半径方向分離コンポーネント４６は動的に屈曲して、半径方向分離コンポーネントの厚さ寸法に向けられた横向きの変位を与えることができる。第１の軸方向分離コンポーネント５０は第１の半径方向分離コンポーネント４６の作動部分に接合されており、該第１の半径方向分離コンポーネントから軸方向に延びるように構成される。１つの具体的な態様においては、第１の軸方向分離コンポーネント５０は、第１の半径方向分離コンポーネント４６から、実質的に片持ち梁形態で延びることができる。第１の軸方向分離コンポーネント５０は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で、作動的に撓み、屈曲するように構成することができる。また、第１の軸方向分離コンポーネント５０は動的に屈曲して、軸方向分離コンポーネントの厚さ寸法に向けられた横向きの変位を与えることができる。

更に別の態様においては、第２の半径方向分離コンポーネント４８は第２の軸部材３６に接合することができ、該第２の軸部材３６から少なくとも実質的に半径方向に延びるように構成されており、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲するように構成される。また、第２の半径方向分離コンポーネント４８は動的に屈曲して、第２の半径方向分離コンポーネントの厚さ寸法に向けられた横向きの変位を与えることができる。第２の軸方向分離コンポーネント５２は第２の半径方向分離コンポーネント４８の作動部分に接合することができ、該第２の半径方向分離コンポーネントから軸方向に延びるように構成することができる。１つの具体的な態様においては、第２の軸方向分離コンポーネント５２は、半径方向分離コンポーネント４８から、実質的に片持ち梁形態で延びることができる。第２の軸方向分離コンポーネント５２は、ホーン活動範囲の音響周波数の下で、作動的に撓み、屈曲するように構成することができ、且つ動的に屈曲して、第２の軸方向分離コンポーネントの厚さ寸法に向けられた横向きの変位を与えることができる。
更に別の特徴においては、ホーン部材は、大きな加荷重がかけられた時に、非常に小さな変位を示すように構成することができる。また、ホーン部材は、通常の操作の間、近傍に設置された回転式アンビル部材と協働して、該部材間に実質的に固定された間隙をより確実に与えることができる。

図１１から図１３までを参照すると、ホーン部材２８は、回転可能なベアリング６６及び６８によって提供されるもののような複数のベアリング部材を用いて、ブリッジ位置にしっかりと固定的に保持することができる。また、ベアリングは、マウント７０及び７２によって提供されるもののような関連する支持マウントと共に、保持することができる。ベアリング部材は、ホーン部材２８の軸方向側部の各々に位置されるベアリング部材と共に配置することができる。また、各ベアリング部材は、対応するホーン部材の軸方向側部から離間することができる。ベアリング部材６６及び６８はまた、高い剛性及び剛さを示す実質的に固定された位置に連結器を保持できるような形で、それぞれ対応する連結器５８及び６０に作動関係で接続することができる。第１の連結器５８は、第１の分離部材４２と第１の回転ベアリング６６との間に接続することができ、同様に、第２の連結器６０は、第２の分離部材４４と第２の回転ベアリング６８との間に接続することができる。また、第１の回転ベアリング６６は、第１の回転可能な連結器５８を、高い剛性を示す形態で支持することができ、第２の回転ベアリング６８は、第２の回転可能な連結器６０を、高い剛性を示す形態で支持することができる。適切なブースタ部材及び導波管は、連結器を貫通して延び、且つ軸部材３４及び３６とホーン部材２８に作動関係で接続するように構成することができる。

回転ベアリング６６及び６８は、振れレベルの低い高精密ベアリングとすることができる。所望の配置においては、回転ベアリングはテーパ状の印刷機ベアリングとすることができる。ベアリングは例えば、ペンシルヴァニア州キング・オブ・プルシャに位置する事業所を有するＳＫＦ Ｕ．Ｓ．Ａ．社から入手可能な部品番号４５８６８１印刷機ベアリングである。
第１の分離部材４２は、第１の回転ベアリング６６により支持される第１の回転可能な連結器５８に接合することができる。同様に、第２の分離部材４４は、第２の回転ベアリング６８により支持される第２の回転可能な連結器６０に作動関係で接合することができる。
第１分離部材４２は、干渉摩擦嵌めを含むことにより、第１連結器５８に接合することができる。例えば、第１連結器５８は第１連結器開口部６２を提供することができ、第１分離部材４２の第１軸方向分離コンポーネント５０は、第１連結器開口部６２に作動関係で配設し固定することができる。同様に、第２分離部材４４は、干渉摩擦嵌めを含むことにより、第２連結器６０に接合することができる。第２連結器６０は第２連結器開口部６４を提供することができ、且つ第２分離部材４４の第２軸方向分離コンポーネント５２は、第２連結器開口部６４に作動関係で配設し固定することができる。

１つの具体的な態様においては、第１連結器５８は、第１分離部材４２の第１軸方向分離コンポーネント５０がその中に作動関係で配設され固定される第１の実質的に円筒形状の連結器開口部６２を提供することができる。同様に、第２連結器６０は、第２分離部材４４の第２軸方向分離コンポーネント５２がその中に作動関係で配設され固定される第２の実質的に円筒形状の連結器開口部を提供することができる。
代表的に示されるように、第１分離部材４２、特に第１軸方向分離コンポーネント５０は、第１連結器開口部６２に作動関係で配設され固定された第１延長フランジ部５４を含むことができる。第１連結器フランジ５４は、ほぼ半径方向に延びる部分と、ほぼ軸方向に延びる部分とを含むことができる。また、第１連結器フランジ部５４は、干渉摩擦嵌めを含むことにより、第１連結器開口部６２に作動関係で接合することができる。同様に、第２分離部材４４、特に第２軸方向分離コンポーネント５２は、第２延長フランジ部５６を含むことができ、第２フランジ部は、第２連結器開口部６４に作動関係で配設し固定することができる。第２連結器フランジ５６もまた、ほぼ半径方向に延びる部分と、ほぼ軸方向に延びる部分とを含むことができ、第２連結器フランジ部５６は、干渉摩擦嵌めを含むことにより、第２連結器開口部６４に作動関係で接合することができる。

第１マウント７０は、第１回転ベアリング６６を支持することができ、１つの具体的な態様においては、第１マウントは、高い剛性及び剛さを示す形態で第１回転ベアリングを支持することができる。第１マウント７０はホーン部材２８の第１軸方向側部３０から軸方向に離間することができ、且つ第１軸部材３４の第１ノード平面３８の近傍に設置することができる。第２マウント７２は、第２回転ベアリング６８を支持することができ、１つの具体的な態様においては、第２マウントは、高い剛性及び剛さを示す形態で第２回転ベアリングを支持することができる。第２マウント７２はホーン部材２８の第２軸方向側部３２から軸方向に離間することができ、且つ第２軸部材３６の第２ノード平面４０の近傍に設置することができる。ベアリングマウントは、対応する軸部材をもちあげることができるノード平面に全体的に隣接して配設することができる。代表的に示されるように、第１ベアリング支持マウント７０は、第１軸部材３４により提供された第１ノード平面３８に全体的に隣接して配設することができる。同様に、第２ベアリング支持マウント７２は、第２軸部材３６により提供された第２ノード平面４０に全体的に隣接して配設することができる。
第１軸部材３４は、超音波エネルギーを好適な超音波電源からホーン部材２８に作動的に向けるように構成される導波管を提供することができる。同様にして、第２軸部材３６は、超音波エネルギーを好適な電源からホーン部材２８に作動的に向けるように構成される導波管を提供することができる。

図１１から図１３までを参照すると、超音波ブースタ部材７４は第１軸部材３４に作動関係で接続することができ、第１超音波励振器８２は、従来の技術又は装置のいずれかを用いることにより、第１ブースタ部材７４に作動関係で接続することができる。例えば、第１励振器８２に電力を導くために、従来のスリップリング７８を用いることができ、第１励振器は、超音波エネルギーを生み出し、第１ブースタ部材７４に向けることができる。
図１３Ａに代表的に示されるように、この方法及び装置の随意的な形態は、第２超音波励振器８４を含むことができる。また、第２ブースタ部材７６は第２軸部材３６に作動関係で接続することができ、第２超音波励振器８４は第２ブースタ部材７６に作動関係で接続することができる。次に第２の従来のスリップリング８０を用いて、第２超音波励振器８４から第２ブースタ部材７６に超音波エネルギーを向けることができる。第１超音波励振器８２及び第２超音波励振器８４は、増大された量の超音波エネルギーを、回転式ホーン部材２８に同時に且つ協働的に向けるように構成することができる。超音波励振器の効果的な協働は、当該技術分野で周知であり販売業者から入手可能な従来の制御技術及びシステムを用いることにより、提供し、調節することができる。
代表的に示されるように、支持フレーム２２は、協働するホーン部材２８の全体的に上の位置にアンビル部材８６を固定的に保持するように構成された直立部材を含むことができる。随意的に、この方法及び装置は、アンビル部材とホーン部材の間のいずれかの作動的な配置を伴って構成することができる。例えば、アンビル部材８６は、協働するホーン部材２８の全体的に下か、又はホーン部材の高さレベルとほぼ等しい高さレベルに、固定的に保持し配設することができる。

アンビル部材８６は、どんな作動的取付システムによってもフレーム２２に回転方向に取り付けることができ、所望の配置においては、取付システムは、アンビル部材の周りにほぼ対称に配置することができる。特定の特徴においては、少なくとも一対のアンビルマウントをアンビル部材の両側に実質的に対称に配置することができる。代表的に示すように、第１アンビルシャフト１１６は、アンビル部材の第１軸方向端面１１８から延びるように構成することができ、第２アンビルシャフト１１６ａは、アンビル部材の第２軸方向端面１１８ａから延びるように構成することができる。第１及び第２アンビルシャフトは、ほぼ等しい長さをもつことができ、アンビル部材８６からほぼ等間隔に配置されたアンビルマウント１２０に保持することができる。アンビルマウントは、支持フレーム２２上にしっかりと固定的に保持される。代表的に示されるように、アンビルマウント１２０は、スライド機構１１０などにより与えられた伝達装置に固定することができ、伝達装置は、支持フレーム２２に固定することができる。したがって、アンビル部材は、ほぼ対称な支持組立体を与えるように構成することができ、アンビル８６の外周面９０と、ホーン２８の外周面８８との間の所望のほぼ平行なアラインメントを維持する一助とすることができる。ホーン部材及び／又はアンビル部材の変形が生じた場合であっても、本発明の方法及び装置の構成は、選択された処理動作によりほぼ平面内に位置合わせされたホーン部材とアンビル部材の周方向の作動面を保つ一助とすることができる。
アンビル部材８６とシャフト１１６及び１１６ａは、一体型構成をもつことが望ましい。特定の配置においては、アンビル部材とシャフトは、単一の材料単体部品から構成し形成することができる。随意的に、アンビル部材とシャフトは、別個の材料部品から構成し、形成することができ、互いに適切に取り付けて作動的な組立体を形成する。

図１６から図１７Ａまでを参照すると、ホーン部材２８とアンビル部材８６は、最小約０．０１ｍｍ、最大約１００ｍｍのほぼ一定のホーン−アンビルギャップ１０６を与えるように構成することができる。特定の態様においては、ホーン−アンビルギャップは、最小約０．０２ｍｍ、代替的には、所望の性能を与えるために、最小約０．０３ｍｍとすることができる。別の態様においては、ホーン−アンビルギャップは、最大約７５ｍｍまでとすることができる。ホーン−アンビルギャップは、代替的には約５０ｍｍまで、随意的には、所望の効果を与えるために約２５ｍｍまでとすることができる。
ホーン−アンビルギャップが不足し過ぎている場合には、システムは、対象材料の過結合といった過処理をもたらす場合がある。不足し過ぎているギャップはまた、装置及び／又は対象材料に望ましくない損傷を与える場合がある。ホーン−アンビルギャップが大き過ぎる場合には、システムは、不十分な結合といった不十分な処理を与える場合がある。

本発明の方法及び装置のさらに別の特徴は、それらの意図された通常の作動の際にほぼ一定のホーン−アンビルギャップ１０６を維持することができる。所望の構成においては、ほぼ等しい周速度を与えるために、ホーン部材２８とアンビル部材８６が協働的に反対方向に回転されたときに、ほぼ一定のホーン−アンビルギャップを維持することができる。特定の態様においては、ホーン−アンビルギャップは、約±０．０１ｍｍの範囲内とすることができるギャップ変化をもつように維持することができる。ギャップ変化は、代替的には、約±０．００８ｍｍ位の少なさとすることができ、随意的には、改善された性能を与えるために、約±０．００６４ｍｍ（±０．０００２５インチ）の範囲内とすることができる。
ホーン−アンビルのギャップ変化が所望の値の範囲外である場合には、この方法及び装置は、指定された処理動作において過剰の変化をもたらしうる。例えば、この方法及び装置は、対象ウェブの結合における過剰の変化をもたらす場合がある。
意図される通常の作動の際に、ホーン部材２８とアンビル部材８６が協働的に反対方向に回転されて、５ｒｐｍのほぼ等しい周速度を与えるときに、ホーン−アンビルギャップ１０６の一貫性を求めることができる。ギャップ変化は、回転ホーン部材の振れと、回転アンビル部材の振れとを計測することにより求めることができる。

図１８から図２０までに代表して示すように、アンビル組立体は、アンビル部材８６と、アンビル部材に接合されたジャーナルとを含むことができ、１つのジャーナルがアンビル部材の両側の端面の各々に接合される。図示されているように、ジャーナルは、図示されたアンビルシャフト１１６及び１１６ａによって与えられる。アンビル部材とアンビルシャフトは、意図された作動速度で回転されたときの過剰の振動を減少させるために、動的にスピンバランスの取れたものとすることができる。所望の構成においては、アンビル部材とアンビルシャフトは、材料の単一部品から一体式に形成することができる。アンビル部材とアンビルシャフトは、随意的に、必要に応じて別々に設けられた材料部品から形成することができる。
アンビルシャフトは、作動的なアンビルベアリングと、対応するベアリングマウントにより支持することができる。アンビル２６の最小の又はほぼゼロの振れＴ．Ｉ．Ｒ．（インジケータの全読み取り）を与えるために、プリシジョン・ベアリングが用いられることが望ましい。適切なアンビルベアリングの例は、米国ＳＫＦから入手可能な部品Ｎｏ．２２２１０ＣＣ／３３ローラベアリングである。

ベアリングピロー−ブロック又は他の適切なアンビル取付コンポーネントは、アンビル組立体の第１側部から反対側の第２側部までの正確なベアリングライン及び同心性を与えるように構成することができる。代表的に示すように、アンビル組立体は、一対のアンビルマウント１２０を含むことができ、特定の特徴においては、アンビルマウントは、アンビル部材８６の各側部に実質的に対称に位置させることができる。所望の特徴においては、アンビルマウントは、アンビル部材８６の外周面９０に配置されたパターン又は指定された結合要素の他のアレイに対してほぼ対称に位置させることができる。図示されているように、ベアリングマウントは、アンビル部材の両端面からほぼ等間隔に離間されるように配置することができ、アンビル部材の外周面に配置された指定された結合要素のアレイからほぼ等間隔に離間されるように配置することができる。
アンビルベアリングマウントは、静的又は動的な力の下で「ｘ」、「ｙ」及び「ｚ」方向に所望の低レベルの変形を与えるために、十分に強く剛性となるように構成される。特定の態様においては、アンビル部材８６は、最大約０．０１３ｍｍ（０．０００５インチ）より大きくないアンビル振れを呈するように構成することができる。アンビル振れは、代替的には、約０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）より大きくないものとすることができ、随意的には、改善された性能を与えるために、約０．００３ｍｍより大きくないものとすることができる。アンビル振れは、通常の長さ校正されたダイアルインジケータ機器などにより与えられるどんな適切な技術又は機器によっても求められる。

図１６から図１７Ａまでを参照すると、アンビル部材８６は、方法及び装置の局所的な機械方向２４に沿って、選択されたオフセット距離１０８だけホーン部材からオフセットさせることができる。代表的に示された構成の例においては、アンビル部材は、ほぼ水平方向に沿ってホーン部材からオフセットされる。アンビル部材８６又はホーン部材２８は、定められた横断経路に沿ったアンビル部材又はホーン部材の移動により、アンビル部材とホーン部材との間の意図されたギャップ１０６が設けられ制御されるように構成することができる。横断経路は、少なくとも局所的な機械方向に沿って位置合わせされる経路コンポーネントを有することができる。代表的に示される配置の例においては、アンビル部材８６は、ほぼ水平方向の横断経路に沿って平行移動又は他の方法で移動させることができる。アンビル部材８６は、必要であれば、ホーン部材２８から比較的上流に又は比較的下流に延びるオフセット距離をもつように位置させることができることを理解されたい。
ギャップ１０６の所望の調整を行う一助とするために、ホーン部材２８とアンビル部材８６は、局所的な垂直方向に対して個別の量のオーバーラップをもつように配置することができる。代表的に示されるように、オーバーラップ距離１２２は、（ａ）ホーンとアンビル部材との間のニップギャップ１０６に近接した位置におけるホーン部材２８の外周面８８の接線である第１の水平方向ラインと、（ｂ）ニップギャップ１０６に近接した位置におけるアンビル部材８６の外周面９０の接線である第２の水平方向ラインと、に対して求めることができる。

特定の態様においては、アンビル部材８６又はホーン部材２８は、どんな従来の駆動機構又は伝達機構によっても移動させることができる。代表的に示された構成の例においては、アンビル部材８６は、スライド装置１１０などによって与えられた伝達装置で動かすことができ、伝達装置は、手動駆動又は自動駆動によって作動させることができる。特定の特徴においては、伝達装置は、ダブテイルスライドとすることができ、伝達装置は、モータ付き駆動装置１３０によって自動化することができる。別の特徴においては、スライド又は他の伝達装置は、ほぼゼロバックラッシュの打込みねじを含む機構を用いることにより移動させることができる。適切なダブテイルスライドシステムの代表的な例は、ウイスコンシン州グラフトン所在のＲｕｓｓｅｌ Ｔ．Ｇｉｌｍａｎ社から入手可能な部品番号ＤＣ８−８１３−Ｍ−ＳＰＤ２−３のＧｉｌｍａｎダブテイルスライド装置である。適切なアクチュエーティング・システムの代表例は、ウイスコンシン州ミルウォーキー所在のロックウェル・オートメーション社から入手可能なモデルナンバーＹ−２０１２サーボモータ装置である。

図１５から図１６Ａ及び図２１から図２３までに代表的に示されるように、スライド機構のベース部分１３４は、フレーム２２に固定取り付けすることができ、移動可能なスライド部分１３６は、回転アンビル８６を動かすように構成し取り付けることができる。アンビル伝達装置は、適切なレベルの剛性と、精度と、再現性を与えるように構成することができる。その結果として、アンビル伝達装置は、アンビル部材の所望の動き及び位置決め精度を与えることができる。
この方法及び装置の別の特徴は、アンビル部材８６とそれに対応するアンビル駆動装置９４との間のオフセット駆動継手１２４（例えば図１５）を含むことができる。オフセット駆動継手は、通常の作動の際のアンビル部材の段階的移動と、ニップギャップ１０６の段階的調整を可能し、一方、アンビル駆動装置は、アンビル部材を実際に回転させることができる。したがって、アンビル駆動装置は、ニップギャップの調整の際に指定された作動速度でアンビルを回転させ続けることができ、アンビル駆動装置は、ニップギャップ１０６の移動及び調整の際に停止され再スタートされる必要はない。種々のオフセット駆動継手装置又はシステムは、商業的業者から入手可能である。適切なオフセット駆動継手の例は、ミネソタ州ミネアポリス所在のゼロ−マックス社から入手可能なモデルＮｏ．Ｌ２３４Ｃ Ｓｃｈｍｉｄｔオフセット継手である。
別の態様においては、使用されるトラバース機構（モータ付きダブテイルスライド等により与えられる）は、この方法又は装置の作動において不良又は他の望ましくない異常が検出されたときに、選択されたコンポーネント(例えばアンビル部材８６）を最大ギャップ位置に作動的に移動させるフェイルセイフシステムを与えるように構成することができる。

この方法及び装置は、別のフェイルセイフ配置を与えるように構成することができる。アンビル部材がホーン部材へ又はホーン部材を超えて移動される場合には、アンビル部材、ホーン部材及びそれらの対応する支持及び取付コンポーネントは、ホーン部材を超えるアンビル部材の移動に適応するために作動的に歪むように構成される。アンビル部材及びホーン部材は、ホーン・アンビルシステムによって経験される変形が、アンビル、ホーン又は対応する支持及び取付コンポーネントのいずれかの降伏強さを超えないように、適切に配置することができる。
アンビル部材８６は、別個の駆動システムにより回転させることができ、アンビル駆動装置９４は、必要に応じて、一定の又は一定でない回転速度をアンビルに与えるように構成することができる。特定の特徴においては、アンビル駆動装置は、一定でない可変速度をアンビル部材に与えるように構成することができる。したがって、特定の処理実行期間の間に、アンビル部材の周面速度は、ホーン部材の周面速度に一致しないものであってもよい。さらに、アンビル駆動装置９４と、ホーン駆動装置９２は、アンビル回転速度とは選択的に異なるホーン回転速度を与えるように協働的に調整し制御することができる。

本発明の方法及び装置の構成に用いられる種々の配置及び固定においては、どんな従来の取付又は固定技術も用いることができることを理解されたい。こうした技術は、例えば、接着剤、溶接、ねじ、ボルト、リベット、ピン、ラッチ、クランプ等、並びにこれらの組み合わせを含んでも良い。
同様に、この方法及び装置の種々の部材及び部品を組み立てるために、いかなる従来の材料も用いることができることは直ちに明らかである。そうした材料は、合成ポリマー、ファイバーガラス−樹脂複合材、カーボンファイバー−樹脂複合材、金属、金属複合材、セラミック複合材など、及びその組み合わせを含むことができる。例えば、好適な金属は、鋼鉄、アルミニウム、チタンなど、及びその組み合わせを含むことができる。材料は通例、所望のレベルの強さ、硬さ、低振動制振、堅牢性、耐疲労性、耐久性、製造のし易さ、及び維持のし易さを提供するように選択される。

種々の部品の寸法は、この方法及び装置の具体的な用途に従うことができ、標準的な工学技術を用いることによって判断することができる。例えば、部品の寸法は、所望のピーク操作荷重を確定することによって、また妥当な操作寿命及び耐疲労性の確保に役立つように選択された安全要因（例えば１０個の安全要因）に合わせて応力限界を設定することによって、判断することができる。
回転式ホーン部材２８と、対応する波導管／軸部材と、対応する分離部材と、他の協働する部品とは、１個の材料から一体に形成された単一組立体として組み立てることができる。１部品設計は、過剰な損耗及び過剰な発熱の源となりうる界面を除去することができる。そのような界面はまた、機械加工の間の許容誤差の増大の一因となる可能性がある。そのような許容誤差は、回転式ホーンの加工面における所望のレベルの同軸度の維持を困難にする可能性がある。この方法及び装置の種々の形態は、結果として、コストを削減することができ、増大された剛さを提供し、より小さな許容誤差の範囲内で作動することができ、高速製造の間により一貫した性能を提供することができる。

種々の回転部品は、動的にスピンバランスを取って、損耗を低減し、振動を低減し、より良好に所望の位置を維持し、所望の結合操作の性能を更に向上することができると容易に認識されるべきである。部品の各々は、個々に又は必要に応じ他の部品と作動的に組み合わせて、動的にバランスを取ることもできる。
種々の説明的且つ代表的な形態が本明細書で詳細に記載されたが、他の変異、修正、及び配置もまた可能であると認識されるべきである。そうした変形、修正、及び配置の全てが本発明の特許請求の範囲内にあると考慮されるべきである。

本発明を組み入れることができる代表的な方法及び装置の概略的な側面図である。 本発明を組み入れることができる代表的な方法及び装置の概略的な端面図である。 本発明の方法及び装置と共に用いることができる代表的なホーン部材及び分離部材の代表的な斜視図である。 図３に示されたホーン部材及び分離部材の回転可能に取り付けられた構成を通る概略的な断面図である。 本発明の方法及び装置と共に用いることができる別のホーン部材及び分離部材の代表的な斜視図である。 図５に示されたホーン部材及び分離部材の回転可能に取り付けられた構成を通る概略的な断面図である。 ホーン部材及び分離部材が複数の支持ベアリングに回転可能に取り付けられた構成を通る概略的な断面図である。 実質的に非弾性のベアリング上の関連する部品に取り付けられた代表的なホーン部材及び分離部材の概略的な側面図である。 図７に示す取り付けられたホーン部材及び分離部材を通る概略的な断面図である。 一対の剛性のある実質的に非弾性の支持ベアリングに取り付けることができるホーン部材と分離部材の代表的な斜視図である。 ホーン部材と分離部材の構成を通る概略的な断面図であり、分離部材は半径方向分離コンポーネントとは別個に設けられた軸方向分離コンポーネントを有し、軸方向分離コンポーネントは協働する連結器と一体に形成される。 ホーン部材と分離部材の別の構成を通る概略的な断面図であり、分離部材は半径方向分離コンポーネントとは別個に設けられた軸方向分離コンポーネントを有し、軸方向分離コンポーネントは協働する連結器と一体式に形成される。 ホーン部材と分離部材の構成を通る概略的な断面図であり、分離部材は半径方向分離コンポーネントと一体式に設けられた軸方向分離コンポーネントを有し、分離部材は協働する連結器と一体式に形成される。 ホーン部材と分離部材の構成を通る概略的な断面図であり、協働する結合器が分離部材の軸方向分離コンポーネントにプレス嵌めされる。 インタースパニング・ブリッジ形式で取り付けられたホーン部材を有し、高い剛性及び剛さをもちホーン部材の両側に配置された一対の分離部材を含む構成を組み入れることができる方法及び装置の代表的及び概略的な斜視図である。 高い剛性及び剛さをもつ一対の分離部材と共にブリッジ形式で取り付けられたホーン部材の代表的な端面図を示す。 図１２に示されたホーン部材と双方の分離部材を通る代表的な断面図である。 複数の超音波励振器がホーン部材に作動関係で接続された構成を通る代表的な断面図である。 本発明の方法及び装置と共に用いることができる構成のホーン部材及び協働するアンビル部材の代表的な斜視図である。 図１４に示された装置及び方法の代表的な端面図である。 図１５に示された装置及び方法の代表的な側面図であり、ホーン部材と協働するアンビル部材との間のギャップを調節するためのシステムを示す。 ホーン部材と協働するアンビル部材との間のギャップが調節され減少されるように移動される代表的な方法及び装置の別の概略的な側面図を示す。 ホーン部材と協働するアンビル部材との間の代表的なギャップ領域の概略的な拡大側面図である。 ホーン部材と協働するアンビル部材との間の調節され減少されたギャップ領域の概略的な拡大側面図である。 本発明の方法及び装置と共に使用できるアンビル組立体と関連する取り付け部品の代表的な斜視図である。 図１８に示されたアンビル組立体と関連する取付部品との代表的な端面図である。 図１９に示されたアンビル部材と関連する取付部品とを通る代表的な断面図である。 アンビル部材を選択的に動かすための伝達装置として組み入れることができるダブテイルスライドの代表的な斜視図である。 図２１に示されたダブテイルスライドの代表的な側面図である。

Claims (18)

1. 第１軸方向側部と第２軸方向側部とを有する回転可能な超音波ホーン部材と、
   前記ホーン部材の前記第１軸方向側部に作動関係で接合された第１の回転可能な軸部材と、
   前記第１軸部材に作動関係で接合され、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、半径方向に沿った作動的運動成分と、軸方向に沿った作動的運動成分とを与えることができる第１分離部材と、
   前記第１分離部材と第１の固定取り付けされた回転ベアリングとの間に接続され、前記第１分離部材に作動関係で固定された第１連結器と、
   前記ホーン部材の前記第２軸方向側部に作動関係で接合された第２の回転可能な軸部材と、
   前記第２軸部材に作動関係で接合され、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、前記第２分離部材の半径方向に沿った作動的運動成分と、前記第２分離部材の軸方向に沿った作動的運動成分とを与えることができる第２分離部材と、
   前記第２分離部材と第２の固定取り付けされた回転ベアリングとの間に接続され、前記第２分離部材に作動関係で固定された第２連結器と、
   前記アンビル部材と前記ホーン部材との間の選択されたホーン−アンビルギャップ距離を与えるように協働的に位置され、前記ホーン部材に対して水平方向にオフセットされ垂直方向に重なる状態で配置された回転可能なアンビル部材と、
   前記ホーン部材に作動関係で接続され、作動的な量の超音波を与えることができる超音波励振器と、
   前記ホーン−アンビルギャップ距離を選択的に調節することができるアクチュエータと、
   を備えた超音波処理装置。
2. 第１軸方向側部と第２軸方向側部とを有する回転可能な超音波ホーン部材と、
   前記ホーン部材の前記第１軸方向側部に作動関係で接合され、第１ノード平面を与えることができる第１の回転可能な軸部材と、
   前記第１軸部材に作動関係で接合され、前記第１軸部材の前記第１ノード平面に対して作動的に近接する位置を有し、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、半径方向に沿った作動的運動成分と、軸方向に沿った作動的運動成分とを与えることができる第１分離部材と、
   前記第１分離部材と第１の固定取り付けされた回転ベアリングとの間に接続され、前記第１分離部材に作動関係で固定された第１連結器と、
   前記ホーン部材の前記第２軸方向側部に作動関係で接合され、第２ノード平面を与えることができる第２の回転可能な軸部材と、
   前記第２軸部材に作動関係で接合され、前記第２軸部材の前記第２ノード平面に対して作動的に近接する位置を有し、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、半径方向に沿った作動的運動成分と、軸方向に沿った作動的運動成分とを与えることができる第２分離部材と、
   前記第２分離部材と第２の固定取り付けされた回転ベアリングとの間に接続され、前記第２分離部材に作動関係で固定された第２連結器と、
   前記アンビル部材と前記ホーン部材との間の選択されたホーン−アンビルギャップ距離を与えるように協働的に位置され、前記ホーン部材に対して水平方向にオフセットされ垂直方向に重なる状態で配置された回転可能なアンビル部材と、
   前記ホーン部材に作動関係で接続され、約１５−６０ＫＨｚの範囲内の周波数における作動的な量の超音波エネルギーを与えることができる超音波励振器と、
   前記ホーン−アンビルギャップ距離を選択的に調節することができるアクチュエータと、
   を備えた超音波処理装置。
3. 前記ホーン部材が、４４５ニュートンの荷重において約０．００４ｍｍより大きくない静的変形を呈するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波処理装置。
4. 前記ホーン部材とアンビル部材は、少なくとも約０．０１ｍｍであるホーン−アンビルギャップ距離を維持するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波処理装置。
5. 少なくとも約５ｍ／分のアンビル周速度を与えるように前記アンビル部材を回転させることができるアンビル駆動装置と、
   前記アンビル周速度にほぼ等しいホーン周速度を与えるように前記ホーン部材を回転させることができるホーン駆動装置と、
   をさらに含む、請求項１に記載の超音波処理装置。
6. 前記第１分離部材は、第１半径方向分離コンポーネントと、第１軸方向分離コンポーネントとを有し、
   前記第１半径方向分離コンポーネントは、前記第１軸部材に接合されて、前記第１軸部材から少なくとも半径方向に延びるように構成され、前記ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲するように構成され、
   前記第１軸方向分離コンポーネントは、前記第１半径方向分離コンポーネントの作動的部分に接合され、前記第１半径方向分離コンポーネントから軸方向に延びるように構成され、前記ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲するように構成され、
   前記第２分離部材は、第２半径方向分離コンポーネントと、第２軸方向分離コンポーネントとを有し、
   前記第２半径方向分離コンポーネントは、前記第２軸部材に接合され、前記第２軸部材から少なくとも半径方向に延びるように構成され、前記ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲するように構成され、
   前記第２軸方向分離コンポーネントは、前記第２半径方向分離コンポーネントの作動的部分に接合され、前記第２半径方向分離コンポーネントから軸方向に延びるように構成され、前記ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲するように構成された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記アクチュエータがダブテイルスライドを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記第１及び第２回転ベアリングが、前記ホーン部材の軸方向両側の側部にほぼ対称に配置される対応する支持マウントにより保持されたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記アンビル部材が、前記アンビル部材の両側にほぼ対称に配置される取り付けシステムにより回転可能に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記アクチュエータは、前記アンビル部材をほぼ水平方向に沿って移動させるように構成され、それにより前記ホーン−アンビルギャップ距離が調節されることを特徴とする請求項１に記載の超音波処理装置。
11. 超音波処理方法であって、第１軸方向側部と第２軸方向側部とを有する超音波ホーン部材を回転させること、
    を含み、
    前記ホーン部材の前記第１軸方向側部は、第１の回転可能な軸部材に作動関係で接合され、
    第１分離部材は、前記第１軸部材に作動関係で接合され、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、前記第１分離部材の半径方向に沿った作動的運動成分と、前記第１分離部材の軸方向に沿った作動的運動成分とを与えることができ、
    第１連結器は、前記第１分離部材に作動関係で固定された状態で、該第１分離部材と第１の固定取り付けされた回転ベアリングとの間に接続され、
    前記ホーン部材の前記第２軸方向側部は、第２の回転可能な軸部材に作動関係で接合され、
    第２分離部材は、前記第２軸部材に作動関係で接合され、ホーン活動範囲の音響周波数の下で屈曲して、前記第２分離部材の半径方向に沿った作動的運動成分と、前記第２分離部材の軸方向に沿った作動的運動成分とを与えることができ、
    第２連結器は、前記第２分離部材に作動関係で固定された状態で、前記第２分離部材と第２の固定取り付けされた回転ベアリングとの間に接続され、
    回転可能なアンビル部材は、前記アンビル部材と前記ホーン部材との間の選択されたホーン−アンビルギャップ距離を与えるように協働的に位置され、前記アンビル部材は、前記ホーン部材に対して水平方向にオフセットされ垂直方向に重なる状態で配置され、
    超音波励振器は、前記ホーン部材に作動関係で接続されて、作動的な量の超音波エネルギーを与え、
    アクチュエータは、前記ホーン−アンビルギャップ距離を選択的に調節するように構成された、
    ことを含む超音波処理方法。
12. 前記第１の回転可能な軸部材が第１ノード平面を与え、
    前記第１分離部材が、前記第１ノード平面に対して作動的に近接して位置され、
    前記第２の回転可能な軸部材が第２ノード平面を与え、
    前記第２分離部材が、前記第２ノード平面に対して作動的に近接して位置された、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波処理方法。
13. 前記アクチュエータは、前記アンビル部材をほぼ水平方向に沿って移動させるように構成され、それにより前記ホーン−アンビルギャップ距離が調節されることを特徴とする請求項１１に記載の超音波処理方法。
14. 前記ホーン部材は、４４５ニュートンの荷重において約０．００４ｍｍより大きくない静的変形を呈するように構成されたことを特徴とする請求項１１に記載の超音波処理方法。
15. 前記ホーン部材とアンビル部材は、少なくとも最小約０．０１ｍｍであるホーン−アンビルギャップ距離を維持するように構成されたことを特徴とする請求項１１に記載の超音波処理方法。
16. 少なくとも約５ｍ／分のアンビル周速度を与えるように前記アンビル部材を回転させ、
    前記アンビル周速度にほぼ等しいホーン周速度を与えるように前記ホーン部材を回転させること、
    を特徴とする請求項１１に記載の超音波処理方法。
17. 前記アンビル部材はアンビル駆動装置により回転させられ、前記ホーン部材は別々に設けられたホーン駆動装置により回転させられることを特徴とする請求項１６に記載の超音波処理方法。
18. 前記アンビル駆動装置が、オフセット継手により前記アンビル部材に作動関係で接続されたことを特徴とする請求項１７に記載の超音波処理方法。

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