JP2008526514A - 超音波溶接システムのホーンとアンビルとの間の隙間を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

超音波回転式溶接装置とそれを用いる方法が開示されている。超音波溶接装置は超音波ホーン（１９００）とアンビル（１９０２）とを含む。超音波ホーンは装着システムにより抑制される。装着システムはホーンが２つの自由度を示すことを可能にする。第１の自由度はホーンの長軸に垂直な方向の併進移動を可能にする。第２の自由度はホーンの長軸および併進移動の方向の両方に垂直な軸を中心とする回転を可能にする。

Description

本発明は超音波溶接に関し、特に変化するプロセス条件に応じて超音波溶接ホーンの位置を調整するシステムおよび装置に関する。

超音波溶接（時には「音波（ａｃｏｕｓｔｉｃ）溶接」または「音波（ｓｏｎｉｃ）溶接」と称される）において、接合される２つの部品（通例熱可塑性部品）は、振動エネルギーを送達する超音波「ホーン」と呼ばれるツールの近くに配置される。これらの部品（または「加工物」）はホーンとアンビルとの間に拘束される。しばしばホーンは加工およびアンビルの上方に垂直に配置される。ホーンは通例２０，０００Ｈｚ〜４０，０００Ｈｚで振動し、通例圧力下で摩擦熱の形態でエネルギーを部品に伝達する。摩擦熱および圧力のため、部品の少なくとも１つの一部分は軟化または溶融され、それにより部品を接合する。

溶接プロセス中、交流（ＡＣ）信号はコンバータと、ブースターと、ホーンとを含むホーンスタックに供給される。コンバータ（「トランスデューサ」とも称される）は、ＡＣ信号を受信するとともに、ＡＣ信号と同等の周波数で圧縮および伸張することによりそれに応答する。そのため音波はコンバータ中をブースターへ進行する。音波面がブースター中を伝播するにつれて、増幅されるとともにホーンにより受信される。最後に波面はホーン中を伝播するとともに加工物に付与され、それにより前述したようにそれらを互いに溶接する。

他のタイプの超音波溶接は「連続超音波溶接」である。このタイプの超音波溶接は通例、概して連続して溶接装置に供給できる繊維およびフィルム、または他の「ウェブ」加工物を接合するために用いられる。連続溶接において超音波ホーンは通例静止しており、被溶接部品はその下方で移動される。連続超音波溶接の１つのタイプは、回転可能に固定されたバーホーンと回転アンビルとを用いる。加工物はバーホーンとアンビルとの間で引っ張られる。ホーンは通例加工物に向かって長軸方向に延びているとともに、振動はホーンに沿って加工物内に軸方向に進行する。他のタイプの連続超音波溶接においてホーンは回転型であり、円筒状であるとともに長軸を中心に回転する。入力振動はホーンの軸方向であるとともに、出力振動はホーンの半径方向である。ホーンはアンビルに近接して配置されており通例、被溶接加工物が円筒面間を円筒面の接線速度と実質的に同等である線速度で通過するように回転可能でもある。このタイプの超音波溶接システムは米国特許第５，９７６，３１６号明細書に記載されており、その全体を本明細書に参照により援用する。

上記の超音波溶接技術の各々において溶接プロセス中、被接合加工物はホーンとアンビルとの間に配置される。ホーンとアンビルとの間の隙間は、加工物が接合されている間に加工物を保持するとともに圧縮する挟む力を生じる。超音波溶接プロセスにより作製された製品の物理的特徴は一部にはホーンとアンビルとの間の隙間の機能である。このため所与の製品の製造に対して特定の隙間が望ましい。そのため超音波溶接システム用の装着システムが、ホーンが所望の隙間に応じてアンビルにより近いまたはより遠くなるようにホーンをベクトルに沿って調整可能に配置できるようにすることが望ましい。

さらに連続超音波溶接の状況では、ホーンの長軸はアンビルの長軸と実質的に平行でなければならない。このような配列は一般にアンビルとホーンとの間に示される隙間がホーンの長さに沿って実質的に一定にする。したがって装着システムが、ホーンの長軸をアンビルの長軸と実質的に平行になるように調整可能にすることがさらに望ましい。

またさらに超音波溶接プロセスにより作製された製品の物理的特徴は一部にはホーンとアンビルとの間の相対位置の機能であるため、装着システムが、ホーンとアンビルとの間の隙間を調整するまたはホーンの長軸をアンビルの長軸に対して平行にするのに必要ないホーンおよびアンビルの自由度を実質的に排除することが望ましい。

アンビルとホーンとの間の隙間をより良好に制御するために利用可能な自由度を低下した装置を説明する。装置は一般に第１の軸を有する回転可能なツールロールを含む。装置は、回転可能なツールロールが第１の軸を中心に回転可能であるように、さらに回転可能なツールロールが２つの追加自由度のみを有するように、回転可能なツールロールを支持する装着システムも含む。第１の追加自由度は、第１の軸に垂直な方向の併進移動である。第２の追加自由度は、第１の軸および第１の追加自由度の方向の両方に垂直である第２の軸を中心とする回転移動である。

他の実施形態によれば、不定長のウェブを処理する方法は、回転可能なツールロールを支持する装着システムを、回転可能なツールロールが第１の軸を中心に回転可能であるように、さらに回転可能なツールロールが２つの追加自由度のみを有するように設けるステップを含む。第１の追加自由度は、第１の軸に垂直な方向の併進移動である。第２の追加自由度は、第１の軸および第１の追加自由度の方向の両方に垂直である第２の軸を中心とする回転移動である。方法は第１の軸を有する回転可能なツールロールを装着システム内に装着するステップと、ウェブをツールロールと接触させてウェブを処理するステップとをさらに含む。

添付の図面のいくつかの図において、同様な部品は同様な参照符号を担持する。

上記に提示したように本発明は超音波溶接および方法の様々な改良に関する。改良を連続超音波溶接と一緒に、またはアンビルおよびホーンの一方または両方を回転させる回転型超音波溶接と一緒に用いることができる。全体として改良は、ホーンとアンビルとの間の隙間および移動をより良好に測定、感知および制御するための様々な構成に関する。

他の実施形態と組み合わせることができるまたは単独で使用できる特徴を有する様々な代替的実施形態を以下に説明する。例えば自由度の低い装置を、アンビルおよびホーンが両方とも回転する回転型超音波装置を用いて説明する。低い自由度を提供する特徴を同様に、例えばホーンが回転するとともにアンビルが静止している装置内に組み込むこともできる。他の例として共振周波数フィードバックを用いてアンビルとホーンとの間の隙間を監視および調整する方法を、ホーンおよびアンビルが両方とも静止している静止型装置を用いて説明する。隙間を監視および調整する特徴を同様に回転型装置内に組み込むこともできる。さらに他の例として、アンビルとホーンとの間の隙間を固定する方法を、ホーンおよびアンビルが両方とも静止している静止型装置を用いて説明する。隙間を設定する特徴を同様に回転型装置内に組み込むこともできる。

簡略概略図
図１９は以下の図１〜図１８に示した装着システムの簡略化実施形態を示す。図１９のシステムは、システムの概念の理解を提示する目的のため図１〜図１８内に見られる細部を省略している。図１９に対応する説明の目的は、読者が図１〜図１８に関する説明で提示される細部に捕らわれることなく、読者を装着システムのある顕著な特徴に大まかに注目させることである。

図１９から分かるようにシステムは、ホーン１９００とアンビル１９０２とを含む。隙間がホーン１９００をアンビル１９０２から分離している。アンビル１９０２はグランドに固定された筐体１９０４内に装着されている。アンビル１９０２は、アンビル１９０２と筐体１９０４との間に介在する玉軸受１９０８のためにその長軸１９０６を中心に自由に回転する。その長軸１９０６を中心とする上記の回転以外、アンビル１９０２はグランドに固定された構造内に装着されているため他の自由度を示さない。

ホーン１９００はフレーム１９１０内に装着されている。玉軸受１９１２がホーンをその長軸１９１４を中心に回転させる。連結部材１９１６はフレーム１９１０の２つの半分片を接合する。連結部材１９１６はピボット１９２０により併進器１９１８に取り付けられている。このためフレーム１９１０、連結部材１９１６、およびホーン１９００は、ピボット１９２０により規定される軸（頁の内外に延びる軸）を中心に回転し得る。

併進器１９１８は地面に固定された構造により束縛されるため、１つの自由度を示し、アンビル１９０２の長軸１９０６に垂直なベクトルに沿って移動し得る。このように併進器１９１８に固定されているため、フレーム１９１０、連結部材１９１６、およびホーン１９００は上記のベクトルに沿って移動し得る。換言すればホーン１９００（およびフレーム１９１０および連結部材１９１６）はアンビル１９０２に向かって前進またはアンビル１９０２から後退し得る。

アクチュエータ１９２２は併進器１９１８に力を印加して、ホーン１９００をアンビル１９０２に向かって付勢する。ホーン１９００とアンビル１９０２との間の隙間の長さは、ホーンのフレーム１９１０内に延びるとともにアンビル１９０２が装着された筐体１９０４に係合する一対のねじ部品１９２４、１９２６によって制御される。このため１つのねじ部品１９２４または１９２６を調整することにより、フレーム１９１０、連結部材１９１６、およびホーン１９００は、ピボット１９２０により規定される上記の軸を中心に回転する。したがってねじ部品１９２４および１９２６の回転によって、アンビル１９０２の軸と実質的に並行にするようにホーン１９００の長軸１９１４を調整し得る。当然ねじ部品１９２４および１９２６の両方を同様に調整することにより、ホーン１９００の角度を調整せずに、ホーン１９００をアンビル１９０２に向かって前進またはアンビル１９０２から後退し得る。

このように図１９の装着システムはホーン１９００の位置決めに対して２つの自由度をのみを可能にする。ホーン１９００はアンビル１９０２に向かって前進またはアンビル１９０２から後退し得る。この自由度は一方向の移動に限定されている併進器１９１８への筐体１９１０の結合により可能になる。さらにホーン１９００の長軸１９１４を、アンビル１９０２の長軸１９０６に垂直な軸を中心に回転し得る。この自由度はピボット１９２０により可能になる。

図１９内に示されたシステムの様々な構成要素は、図１〜図１８に示されたシステムに見られる構成要素に機能的に対応する。アンビル１９０２は図２および図３内の参照符号２１により識別されるアンビルに対応する。アンビル１９０２が装着された筐体１９０４は、図２および図３の参照符号２４および２５により識別される構造に対応する（すなわちアンビル２１は参照符号２４および２５により識別される構造内に装着されることにより図１９の筐体１９０４に類似する）。

ホーン１９００は図１１の参照符号４２により識別されるホーンに対応する。ホーン１９００が装着されたフレーム１９１０は、図７の参照符号３２により識別される構造に対応する。さらに連結部材１９１６は図７の参照符号３１により識別される構造に対応する（すなわち参照符号３１により識別される構造はフレーム３２の半分片の両方を接合することにより、連結部材１９１６に類似させる）。ホーン１９００が位置する玉軸受１９１２は図１１の参照符号４３、４４および４５により識別されるノーダルマウント（ｎｏｒｄａｌ ｍｏｕｎｔ）に対応する（すなわちノーダルマウント４３、４４および４５は、振動体に適当な方法でホーン４２の回転を可能にする）。図１９の簡略化表示にかかわらず、ホーンなどの振動体は、玉軸受の上に乗る場合にはそれを損傷することになる。

ピボット１９２０は図１６Ａの参照符号Ｍ１２により識別されるピボットに対応する。換言すればピボットＭ１２はフレーム３２の回転、したがってホーン４２の回転を可能にする。併進器１９１８も図１６Ａに示されている併進部材Ｍ１１に対応する。換言すればフレーム３２は、１つの自由度が可能になる併進部材Ｍ１１に接合され、アンビル２１に向かって前進またはアンビル２１から後退し得る。アクチュエータ１９２２は図１４の参照符号６１により識別される空気ブラダに対応する。換言すると空気ブラダ６１は併進器Ｍ１１をアンビル２１に向かって付勢する力を生じる。

ねじ部品１９２４および１９２６は図１２および１３の参照符号５０により識別されるカムに対応する。換言すればカム５０は、アンビル２１が装着されたフレーム２４、２５に取り付けられたカム受動子２７（図３に示す）上に位置し、それによりホーン４２とアンビル２１との間の距離および／または回転時のホーン４２の長軸の配向を変更する。

図１〜図１８に関する残りの説明は、システムがその細部および特徴のすべてのことを考慮して見えるように、超音波溶接装置を装着するシステムの例示的実施形態の開示に関連する。

自由度の低下による隙間の制御
図１を参照すると、回転式溶接モジュール１００が図示されている。回転式溶接モジュール１００はアンビルに対するホーンの自由度を制限する特徴を含み、それにより溶接プロセス中のホーンとアンビルとの間の隙間および移動を良好に制御する。

モジュール１００は第１のサブアセンブリ、特にアンビルアセンブリ２００と、第２のサブアセンブリ、特にホーン装着アセンブリ３００と、第３のサブアセンブリ、特にホーンアセンブリ４００と、第４のサブアセンブリ、特にホーン−アンビル隙間調整アセンブリ５００と、第５のサブアセンブリ、特にホーン上昇アセンブリ６００と、第６のサブアセンブリ、特にニップアセンブリ７００とを含む。これらのサブアセンブリの各々に関するさらなる詳細を以下に提示する。図１にも回転式溶接モジュール１００の一部として図示されているのは側板１７、タイロッド１８、ホーン・サーボモータ１９、ならびにアンビル・サーボモータおよびギアボックス１１である。

図２および図３はアンビルアセンブリ２００の詳細図を提供する。アンビルアセンブリ２００は、ロール面２２とジャーナル２３とを有するアンビルロール２１を含む。アンビルロール２１はダイロール、エンボス加工ロール、印刷ロール、または溶接ロールなどの任意の適当なロールであり得る。アンビル軸受ブロック２４はアンビルフレーム２５に装着される。アンビルロール２１は精密組み合わせ玉軸受２６を用いることにより軸受ブロック２４に装着される。アンビルロール２１は軸、好適にはロール２１の中心内を縦方向に延びる軸を中心に回転するように構成されている。軸受ロックナット２８は組み合わせ対２６を一緒に且つジャーナル２３上に保持する。アンビルアセンブリ２００はアンビルロール・ジャーナル２３上に装着された２つのカム受動子軸受アセンブリ２７も含む。これらのカム受動子アセンブリ２７は軸受ロックナット２９を用いてジャーナル２３上に保持されている。

本発明の特徴の１つはアンビルアセンブリ２００を若干ウェブ横断方向に移動させる能力であり、このウェブ横断移動は「サイドレイ」と呼ばれる。図４〜６を参照すると側板１７により支持されたアンビルロール・アセンブリ２００の追加図が図示されている。アンビルロール２１は、ロール２１が長軸の周囲に回転可能であるように、タイロッド１８上および側板１７に装着されている。この実施形態において軸受ブロック２４はタイロッド１８により支持されている。アンビルロール２１はシャフトクランプＭ１によりタイロッド１８に固定されている。クランプＭ１が緩んだ状態である場合、アンビルロール・アセンブリ２００は例えば、ハンドル８１に取り付けられたねじ付きロッド８０を用いることにより側板１７に対して移動することができる。ねじ付きバー８２が側板１７に固定されているとともに、軸受８３が軸受ブロック２４の１つに取り付けられている。

図７は装着フレーム３１、ホーン軸受ブロック３２、ホーンドライブモータ１９、ベルト３４などのホーンドライブ手段を含むホーン装着アセンブリ３００、およびホーンアンビル隙間調整アセンブリ５００を示す。図８および図９はホーン装着アセンブリ３００の追加図および特徴を示す。

ホーン装着アセンブリ３００が溶接モジュール１００内に設置されている場合、図１に示されたように側板１７内のスロットＭ２（図１５に示されているように）は、ホーン装着アセンブリ３００を案内するとともに移動可能にする。特に軸受ブロック３２の表面３６は側板１７の表面Ｍ３に接しており、好適には軸受ブロック３２の少なくとも一部分がスロットＭ２に内嵌している。いくつかの実施形態において表面３６は円筒面であるが、これは必須ではない。

表面３６は２方向のアセンブリ３００の移動を抑制し、それにより２つの自由度、１つはＸ軸に沿った直線、１つはＹ軸の周囲の回転を除去する（図７を参照）。他のＺ軸の周囲の回転自由度は装着フレーム１７上のリセットボタンＭ４により除去される。

軸受ブロック３２は第２の組の表面３８も有し、これらの表面３８も例示的実施形態において円筒面である。これらの表面３８の半径は側板１７（図１Ａ）の内面または軸受面１７ｂ間の距離の半分である。表面３８はＺ軸に沿った併進自由度を除去する。

すべての剛体は６つの自由度を有することはよく理解されよう。上記の特徴は４つの自由度を除去する。

２つの残りの利用可能な自由度はＹ軸に沿った（アンビルに向かうおよび離れる）併進移動、およびＸ軸に沿った回転移動である。これらの２つの自由度の組み合わせは、ホーン３０とアンビルとの間の隙間をホーン３０の両側で独立的に調整可能にする。

図１０および図１１はホーン４２、ノーダルマウント４３、ホーン軸受リング４４、ホーン軸受４５、およびホーンドライブスプロケット４６を含むホーンアセンブリ４００を示す。図示されたホーン４２およびノーダルマウント４３（ゴーパル・ハレゴッパ（Ｇｏｐａｌ Ｈａｒｅｇｏｐｐａ）に与えられた米国特許第６，７８６，３８４号明細書に記載されており、その全体を本明細書に参照により援用する）は、いくつかの可能な設計のうちの１つであるがこの実施形態に好適である。

図１２および図１３はホーン隙間またはホーン−アンビル隙間調整アセンブリ５００を示す。アセンブリ５００は第１および第２のカム５０ならびにカムに取り付けられたドライブギア５１を含む。カムの内部円筒面Ｍ６は、アセンブリ３００（図７）の円筒面Ｍ５上に位置する。表面Ｍ５とＭ６との間の間隙がカム５０をｚ軸を中心に回転可能にする。

ギアシャフト５３は穴Ｍ７（図７）を用いて軸受ブロック３２間に装着された非回転シャフトである。駆動ギア５２はギアシャフト５３に回転可能に装着されている。駆動ギア５２はレンチを用いて独立して回転され、六角特徴Ｍ８をアンビルのｚ軸に実質的に平行にする。駆動ギア５２の回転はカム５０を回転させる。

使用時、外側カム面５０ａは一次関数ｈ＝Ａθを生じるように加工され、ここでｈはカムの全上昇であり、θはカムの回転角、およびＡは定数である。好適な実施形態においてカム５０は、カム回転の３００度に対して０．１００インチ（約２．５ｍｍ）の上昇を生じる。これは３／１００００インチ／度（約０．００７６ｍｍ／度）の調整分解度をもたらす。

図１４は側板１７に対してホーン装着アセンブリ３００を移動させる、一般に昇降させるために用いられるホーンリフト・アセンブリ６００を示す。ホーン装着アセンブリ３００の移動はカム面５０ａがアンビルアセンブリ２００のカム受動子２７に接触すると停止する。

図１４を参照するとホーンリフト・アセンブリ６００は、側板１７に固着されたリフトフレーム６０を含む。リフトフレーム６０に取り付けられているのは、必要に応じて膨張および収縮するように構成されている空気ベロー６１である。使用中ベロー６１を加圧することによりホーン装着アセンブリ３００に力を印加して、アセンブリ３００をアンビルロール２１に押圧するが、リニアアクチュエータ、空気圧シリンダおよび油圧シリンダなどの他の力発生装置を代替的に用いることもできる。前述したようにホーン装着アセンブリ３００は２つの残りの自由度を有する。１つはＹ軸に沿った併進であり、１つはＸ（θ_X）軸に沿った回転である（図１４）。

図１５および図１６はホーンリフト・アセンブリ６００の追加図を示す。この実施形態においてピボット間隙を有する歯車付き７節リンク機構を用いて、側板１７および装着フレーム３１に対するホーン装着アセンブリ３００の回転を制御する。このリンク機構は接続リンクアーム６２、ピボットアーム６３、ピボットシャフト６４、歯車６５、およびピボット継手６６、６７を含む。ベロー６１がホーン装着アセンブリ３００を上昇させると、接続リンクアーム６２はピボットアーム６３の端部を上昇させ、アーム６３が噛み合わっているために同量回転する。ピボット継手６６、６７に間隙またはスロップがない場合には、ホーン装着アセンブリ３００は垂直に移動するのみであるとともに、回転自由度（θ_X）が除去されることになる。しかし継手６６、６７に隙間を含むことにより回転量が可能になる。

図１６Ａおよび図１６Ｂは、より基本的な運動学的形態のホーン装着アセンブリ３００と共に歯車付き７節リンク機構６００Ａを示す。図１６Ａを参照すると、この実施形態においてリンク１は接地されている。リンク機構６００Ａは、接続リンクアーム６２Ａ、ピボットアーム６３Ａ、ピボットシャフト６４Ａ、およびピボット接続６６Ａ、６７Ａを含む。接続リンクアーム６２Ａは、継手６７Ａにおいてピボットアーム６３Ａの端部を上昇させ、アーム６３Ａが噛み合っているためにアーム６３Ａを同量回転する。

ピボットアーム６３Ａは、それぞれ継手６４Ａ、６７Ａを介してグランドとリンクアーム６２Ａとに接続された２つのバイナリリンクである。またピボットアーム６３Ａは歯車継手を用いて互いに接続されている。歯車継手の比は１：１である。リンクアーム６２Ａも、それぞれ回転継手６７Ａ、６６Ａを介してピボットアーム６３Ａと装着フレーム３１Ａとに接続されたバイナリリンクである。装着フレーム３１Ａは、ピボット継手６７ＡおよびＭ１２でアーム６２ＡおよびスライドブロックＭ１１に接続されたターナリーリンクである。スライダブロックＭ１１は継手Ｍ１０およびＭ１２を用いてグラントと装着フレーム３１Ａとに接続されている。スライダブロックＭ１１は、装着フレーム３１Ａが併進および回転自由度のみを有するように、装着フレーム３１Ａの移動を制御する。

リンク機構６００Ａは大きめの穴を含むことにより継手６６Ａにおいて継手間隙を含む。追加的にまたは代替的に、継手間隙はピボット継手６７Ａに存在することもある。従来の継手間隙のない歯車付き７節リンク機構において、装着フレーム３１Ａの移動は、ピボットアーム６３Ａが回転する際の併進のみであることになる。継手間隙を有することにより、装着フレーム３１Ａに接続されたホーン装着アセンブリ３００のホーン４２を限定角度移動で調整することができる。

図１６Ｂに図示するようにスロットを用いた間隙制御／制限角度移動θ_Xを用いても継手の間隙を達成し得る。図１６Ｂにおいてリンク機構６００Ｂは、接続リンクアーム６２Ｂ、ピボットアーム６３Ｂ、ピボットシャフト６４Ｂ、およびピボット接続６６Ｂ、６７Ｂを含む。ピボット接続６６Ｂは継手間隙を提供するスロットを含む。Ｌが継手６６Ｂ間の距離であるとともにＣが継手間隙である場合には、回転の可能角度αは以下により与えられる。

好適な実施形態においてＣは０．７６ｍｍ（０．０３インチ）に等しいとともにＬは３０１．７５ｍｍ（１１．８８インチ）であるため、αを０．３度として提供する。

大きめの穴、スロット、またはその他である間隙は、回転がホーン４２とアンビルとの間の隙間の変動を可能にして製作公差およびプロセス変動を調整するように選択される。しかし間隙はホーン４２の装着およびカム５０上で正しく停止することを妨害または防止するほど大きくない。

図１７および図１８はニップアセンブリ７００を示す。ニップアセンブリはニップロール７１、ニップアーム７２、ピボットシャフト７３、ニップシリンダ７４、およびシリンダ支持シャフト７５を含む。

代替的例示的回転型溶接モジュールが装置１００Ａとして図１Ａに図示されている。図１の装置１００と同様に、装置１００Ａは多数のサブアセンブリを有する。図１Ａに示されているのは、アンビルロール２１Ａを含むアンビルアセンブリ２００Ａ、ホーンアセンブリ４００Ａ、およびホーン上昇アセンブリ６００Ａである。また図１Ａに示されているのは側板１７Ａである。ホーンアセンブリを２つの自由度に制限する代替方法は、リーフスプリングＭ１３およびＭ１４を用いる。装置１００Ａは、通例少なくとも２対のリーフスプリングＭ１４にリーフスプリングＭ１３を含む。各対のリーフスプリングＭ１４は異なる軸受ブロック３２および異なる側板１７Ａに取り付けられている。

アンビルとホーンとの間の隙間をより良好に制御するために利用可能な自由度の低減に基づく溶接装置は一般に、第１の軸を有するアンビルロール２１または他の回転可能なツールロールと、アンビルロール２１がその第１の軸を中心に回転できるようにアンビルロール２１を支持する装着システムとを含む。装着システムは、アンビルロール２１が２つのさらなる自由度のみを有し、第１の追加自由度が第１の軸に垂直な方向の併進移動であり、第２の追加自由度が第１の軸および第１の追加自由度の方向の両方に垂直な第２の軸を中心とする回転移動であるように構成されている。この限定移動範囲はアンビルとホーンとの間の距離を安定化させる。

超音波溶接システムを制御する前述のプロセスを読んで理解すると、当業者にはホーンの動作周波数を測定した後、隙間を制御する力、例えば圧力を調整することによりシステムの隙間制御を達成可能であることが理解されよう。線形および回転ホーンを始めとする任意のホーン形状に対して特定な数式を経験的に導くまたは決定することができる。

上記の様々な実施形態は単に図示の目的で提供されるものであって、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。当業者には図示したおよび本明細書に記載した例示的実施形態および用途に従うことなく、および冒頭の特許請求の範囲に説明する本発明の真の要旨と範囲とから逸脱することなく、本発明に対してなされ得る様々な変更例および変形例が容易に理解できよう。

多数のサブアセンブリを有する、本発明による例示的回転式溶接装置の正面および右側斜視図である。 図１のものと同様な、本発明による代替的例示的回転式溶接装置の正面および右側斜視図である。 図１の装置のアンビルロール・サブアセンブリの前面図である。 図２の線３−３に沿ったアンビルロール・サブアセンブリの断面図である。 図２と同じ方向から見た、アンビルロール・サブアセンブリの拡大前面図である。 図４の線５−５に沿ったアンビルロール・サブアセンブリの断面図である。 図４の線６−６に沿ったアンビルロール・サブアセンブリの断面図である。 図１の装置のホーン装着サブアセンブリの斜視図である。 図７のホーン装着サブアセンブリの前面図である。 図８の線９−９に沿ったホーン装着サブアセンブリの断面図である。 図７〜９のホーン装着サブアセンブリに保持された、ホーンアセンブリの前面図である。 図１０の線１１−１１に沿ったホーンアセンブリの断面図である。 図１の装置のホーン−アンビル隙間調整サブアセンブリの斜視図である。 図１２の装置のホーン−アンビル隙間調整サブアセンブリの側面図である。 図１の装置のホーンリフト・サブアセンブリの側面図である。 図１４のホーンリフト・サブアセンブリの前面図である。 図１５の線１６−１６に沿ったホーンリフト・サブアセンブリの断面図である。 図１６の図と同様な、ホーンリフト・サブアセンブリの代替的実施形態である。 図１６の図と同様な、ホーンリフト・サブアセンブリの他の代替的実施形態である。 図１の装置のニップ・サブアセンブリの前面図である。 図１７のニップ・サブアセンブリの側面図である。 ホーンアセンブリの簡略化例示的実施形態を示す図である。

Claims (20)

1. 第１の軸を有する回転可能なツールロールと、
   前記回転可能なツールロールが第１の軸を中心に回転可能であるように、さらに前記回転可能なツールロールが２つの追加自由度のみを有するように、前記回転可能なツールロールを支持する装着システムとを備え、
   第１の追加自由度が、前記第１の軸に垂直な方向の併進移動であり、
   第２の追加自由度が、前記第１の軸および前記第１の追加自由度の方向の両方に垂直である第２の軸を中心とする回転移動である、不定長のウェブと接触する装置。
2. 前記装着システムが、
   各々が軸受面を有するとともに内部にスロットを有する２つの側板を備えたフレームと、
   前記ツールロールが回転自在であるように各々が前記ツールロールに係合するように構成された１対の支持要素とを備え、各支持要素が、
   前記スロットのうちの１つに摺動可能に係合しているスライド部と、
   前記軸受面に係合している湾曲面を有する軸受部とを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記装着システムが、
   ２つの側板を有するフレームと、
   前記ツールロールが回転自在であるように各々が前記ツールロールに係合するように構成された１対の支持要素と、
   各対のリーフスプリングが前記支持要素の異なる１つと前記側版の異なる１つとに取り付けられた、少なくとも２対のリーフスプリングとを備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記装着システムに隣接して装着されたアンビルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記ツールロールをアンビルロールに向けて付勢するように、前記装着システムに力を印加するように配置された力発生装置をさらに備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記力発生装置が、空気ベローズ、リニアアクチュエータ、空気圧シリンダおよび油圧シリンダからなる群から選択される、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の追加自由度内の最大移動量を制限する手段をさらに備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記制限する手段が歯車付き７節リンク機構である、請求項７に記載の装置。
9. 前記ツールロールが超音波溶接ホーンであるとともに、前記装置が前記ツールロールに結合された超音波エネルギー源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
10. 前記ツールロールが、ダイロール、エンボス加工ロール、印刷ロール、および溶接ロールからなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
11. 前記装着システムに隣接して装着されたアンビルと、前記超音波エネルギーの周波数に基づいて信号を供給するように配置された周波数センサとをさらに備え、
    力発生手段が前記信号に基づいて所定の方法で前記アンビルと前記ツールロールとの間の距離を調整する、請求項１０に記載の装置。
12. 前記湾曲面が円筒のセクタである少なくとも一部分を有する、請求項２に記載の装置。
13. 前記湾曲面が球体のセクタである少なくとも一部分を有する、請求項２に記載の装置。
14. 前記装着システムに隣接して装着されたアンビルと、
    前記アンビル上に装着された第１の対の軸受リングと、
    第２の対の軸受面の各１つが前記支持要素のうちの１つに装着されている、第２の対の軸受リングとさらに備え、
    前記第１の対の軸受リングの各１つが、前記アンビルと前記ツールロールとの間の最小距離を制限するように、前記第２の対の軸受リングのうちの１つに接触可能である、請求項２に記載の装置。
15. 回転可能なツールロールを支持する装着システムを、前記回転可能なツールロールが第１の軸を中心に回転可能であるように、さらに前記回転可能なツールロールが２つの追加自由度のみを有するように設けるステップと、
    第１の軸を有する回転可能なツールロールを前記装着システム内に装着するステップと、
    ウェブを前記ツールロールと接触させて前記ウェブを処理するステップとを含み、
    第１の追加自由度が、前記第１の軸に垂直な方向の併進移動であり、
    第２の追加自由度が、前記第１の軸および前記第１の追加自由度の方向の両方に垂直である第２の軸を中心とする回転移動である、不定長のウェブを処理する方法。
16. アンビルロールを前記ツールロールに隣接して配置するステップをさらに含み、前記接触させるステップが、前記ウェブを前記ツールロールと同時に前記アンビルロールと接触させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ツールロールが超音波ホーンであるとともに、前記方法が前記超音波ホーンを超音波周波数で振動させるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記装着システムが、
    各々が軸受面を有するとともに内部にスロットを有する２つの側板を有するフレームと、
    前記ツールロールが回転自在であるように各々が前記ツールロールに係合するように構成された１対の支持要素とを備え、各支持要素が、
    前記スロットのうちの１つに摺動可能に係合しているスライド部と、
    前記軸受面に係合している湾曲面を有する軸受部とを備える、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第２の追加自由度内の最大移動量を制限する手段を設けるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記制限する手段が歯車付き７節リンク機構である、請求項１９に記載の方法。

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