JP2013216023A - Ultrasonic bonding device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、柔軟性及び熱溶着性のある第1及び第2のシート部を重ねた状態で超音波により接合する超音波接合装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic bonding apparatus for bonding by ultrasonic waves in a state where first and second sheet portions having flexibility and heat-welding properties are overlapped.
従来、例えば使い捨て紙おむつ等の合成樹脂若しくは合成樹脂を含む繊維ないし不織布等のシート同士を接合(シール)するものとして、超音波シール装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic sealing device is known as a member for joining (sealing) sheets of synthetic resin such as disposable paper diapers or fibers or nonwoven fabrics containing synthetic resin.
この技術は、超音波ホーンをシート搬送用の回転体の外周面に沿って揺動させる往復軌跡により、回転体と超音波とが同じ方向に移動するときに超音波シールし、再び元に戻って同様の円弧運動を繰り返すものであり、超音波ホーンが固定式のものにくらべてシール時間を稼げる利点がある。 This technology uses ultrasonic reciprocation to swing the ultrasonic horn along the outer peripheral surface of the sheet conveying rotator. The same arc motion is repeated, and there is an advantage that the ultrasonic horn can increase the sealing time compared with the fixed type.
しかしながら、円弧軌跡で復帰のときに、シートの表面をこすり損傷させたり、商品価値を下げる等のおそれがあった。この発明は、前記の課題を解決するためになされたものである。 However, there is a risk that the surface of the sheet will be rubbed and damaged or the value of the product may be reduced when returning with an arc locus. The present invention has been made to solve the above-described problems.
この発明は、柔軟性及び熱溶着性のある第1のシート部と第2のシート部とを重ねた状態で超音波により接合する装置であって、
重ねた状態の第1のシート部と第2のシート部に対向する超音波ホーンと、
それら第1及び第2のシート部を搬送するとともに、前記超音波ホーンとの間で両シート部を挟持する回転体と、
前記超音波ホーンを、前記回転体の回転軌跡と対応する順方向軌跡と、その順方向軌跡の端部に続いて前記回転体の回転軌跡から離間しつつ前記順方向軌跡の始点側へ戻る復帰方向軌跡とを含む巡回軌跡に沿って移動する超音波ホーン移動装置とを備え、
前記超音波ホーンの順方向軌跡において第1及び第2のシート部を前記回転体と協働して挟持しつつ超音波により接合することを特徴とする。
The present invention is an apparatus for joining by ultrasonic waves in a state where the first sheet portion and the second sheet portion having flexibility and heat-welding property are overlapped,
An ultrasonic horn facing the first sheet portion and the second sheet portion in a stacked state;
A rotary body that conveys the first and second sheet portions and sandwiches both the sheet portions with the ultrasonic horn, and
Returning the ultrasonic horn toward the start point side of the forward trajectory while being separated from the rotational trajectory of the rotating body following the end of the forward trajectory corresponding to the rotating trajectory of the rotating body and the end of the forward trajectory. An ultrasonic horn moving device that moves along a circular trajectory including a direction trajectory,
In the forward trajectory of the ultrasonic horn, the first and second sheet portions are joined by ultrasonic waves while being sandwiched in cooperation with the rotating body.
これにより、図1及び図2に概念的に示すように、重ね合せたシート部同士を搬送する回転体に臨む超音波ホーンが、回転体の回転軌跡と対応する順方向軌跡でシート部のシールを行い、その順方向軌跡に続いて回転体から離間しつつ元に戻る復帰方向軌跡が付与されるため、図3に示す従来技術の往復円弧軌跡と異なり、超音波ホーンの復帰時にシート部の表面をこする等の不都合が生じにくい。 Thereby, as conceptually shown in FIG. 1 and FIG. 2, the ultrasonic horn facing the rotating body that conveys the overlapped sheet portions is sealed with a forward trajectory corresponding to the rotating trajectory of the rotating body. And a return direction trajectory that returns to the original while being separated from the rotating body is provided following the forward direction trajectory. Unlike the conventional reciprocating arc trajectory shown in FIG. Inconveniences such as rubbing the surface are less likely to occur.
また、図2のように、回転体に対し接近・離間する際に、図4に示す従来技術で必ず生じる折返し死点d1、d2が生じないようにすることもでき、そうすれば、超音波ホーンをよりスムーズに移動させやすくなる。 In addition, as shown in FIG. 2, it is possible to prevent the return dead points d1 and d2 that always occur in the prior art shown in FIG. 4 when approaching / separating from the rotating body. It becomes easier to move the horn more smoothly.
実施形態として、前記回転体の外周面に所定の間隔で前記超音波ホーン側へ突出する複数の凸部が設けられ、その凸部の回転軌跡に対応する前記順方向軌跡と、その凸部の回転軌跡から離間しつつ前記順方向軌跡の始端側へ戻る復帰方向軌跡を含む前記巡回軌跡に沿って前記超音波ホーンを移動する前記超音波ホーン移動装置を備え、その超音波ホーンの順方向軌跡において第1及び第2のシート部を前記回転体の凸部と協働して挟持しつつ超音波により接合する。 As an embodiment, a plurality of convex portions projecting toward the ultrasonic horn at predetermined intervals are provided on the outer peripheral surface of the rotating body, the forward trajectory corresponding to the rotational trajectory of the convex portion, and the convex portion The ultrasonic horn moving device moves the ultrasonic horn along the circular trajectory including a return trajectory returning to the start end side of the forward trajectory while being separated from the rotation trajectory, and the forward trajectory of the ultrasonic horn The first and second sheet portions are joined by ultrasonic waves while being held in cooperation with the convex portions of the rotating body.
このような凸部(いわゆるアンビル)と超音波ホーンとの間に重ねられたシート部を挟み込むことで、超音波ホーンの超音波振動がシール箇所に集中的に伝わり、短時間でも良好なシールができる。 By sandwiching the sheet portion overlapped between such a convex part (so-called anvil) and the ultrasonic horn, the ultrasonic vibration of the ultrasonic horn is intensively transmitted to the seal location, and a good seal can be obtained even in a short time. it can.
また、実施形態として、前記復帰方向軌跡は、直線状の軌跡又は回転体の外周面から離れる方向に凸となる円弧状の軌跡を含むものである。
直線状の軌跡部分を多くすればするほど、超音波ホーンは短い距離で元の位置に帰って、次のシールに備えることができ、また円弧状の軌跡を含むことにより巡回性が向上する。
As an embodiment, the return direction trajectory includes a linear trajectory or an arc-shaped trajectory that is convex in a direction away from the outer peripheral surface of the rotating body.
As the number of linear trajectory portions increases, the ultrasonic horn returns to the original position at a short distance and can be prepared for the next seal, and the circularity is improved by including the arc-shaped trajectory.
実施形態として、前記超音波ホーンは、揺動機構によって前記回転体の回転中心と同心的な軸線周りに往路と復路で揺動する支持部に、前記回転体の外周に対し接近・離間する方向に移動可能に支持される一方、前記回転体の外周には、その回転体の回転と前記揺動機構の復路移動との相対移動に従って前記超音波ホーンをその回転体の外周から離間させた後に再び接近させるカムが設けられ、前記超音波ホーンの順方向軌跡は前記揺動機構の往路移動により付与され、前記復帰方向軌跡はその揺動機構の復路移動と前記カムとの組合せにより付与される。 As an embodiment, the ultrasonic horn is moved toward and away from the outer periphery of the rotating body by a swinging mechanism on a support section that swings around an axis concentric with the rotation center of the rotating body in the forward path and the return path. On the other hand, on the outer periphery of the rotating body, the ultrasonic horn is separated from the outer periphery of the rotating body according to the relative movement between the rotation of the rotating body and the backward movement of the swing mechanism. A cam to be approached again is provided, the forward trajectory of the ultrasonic horn is given by the forward movement of the rocking mechanism, and the return direction trajectory is given by a combination of the backward movement of the rocking mechanism and the cam. .
超音波ホーンの移動軌跡を、例えば循環するカム溝で付与することもできるが、超音波ホーンの順方向軌跡を例えばアームの往復円弧運動による円弧軌跡で付与し、復帰方向軌跡は、回転体に設けたカムにより超音波ホーンを回転体から遠ざけるようにすれば、より簡単な構成で超音波ホーンに順方向軌跡及び復帰方向軌跡を付与することができる。 The movement trajectory of the ultrasonic horn can be given by, for example, a circulating cam groove, but the forward trajectory of the ultrasonic horn is given by, for example, an arc trajectory by the reciprocating arc motion of the arm, and the return direction trajectory is applied to the rotating body. If the ultrasonic horn is moved away from the rotating body by the provided cam, the forward trajectory and the return trajectory can be given to the ultrasonic horn with a simpler configuration.
図5Aに示す超音波接合(シール)装置は、凸部としてのアンビル2を外周面に備えた回転体としてのアンビルロール1と、アンビルロール1の外周面に対向する超音波ホーン3及び超音波発生装置4を含む超音波ユニット5とを備えている。アンビルロール1はその中心部の回転軸6により、接地面上の支台7により回転可能に支持され、回転体駆動装置としてのモータ8により回転駆動される。超音波ユニット5は、基端が一軸周りに揺動可能なアーム11に取り付けられた支持部10により揺動可能に支持される。この例では、アーム11がアンビルロール1の回転軸6と同心的な軸(軸受)6b(図6)により支台7により揺動可能に支持され、支持部10を介して超音波ユニット5もアンビルロール1の回転中心と同心的な中心線周りに揺動する。
An ultrasonic bonding (seal) apparatus shown in FIG. 5A includes an
超音波ユニット5は、支持部10にアンビルロール1の外周面に対し接近・離間可能に支持され、この例では、直線ガイド(リニヤベアリング)12が超音波ユニット5を支持部10に対し所定範囲でスライドさせる。
The
超音波ユニット5のアンビルロール1に接近する(例えば下降する)方向の移動は、支持部10に設けられたストッパ13によって規制され、超音波ホーン3のアンビルロール1に向かう一定限度以上の移動が阻止される。支持部10には、連接部14を介してクランク部15が連結される。クランク部15はクランク駆動装置としてのモータ16により中心軸周りに回転駆動され、クランク部15に偏心して連結された連接部14を介して、支持部10、アーム11を往復円弧運動(振り子運動)させる。
The movement of the
なお、クランク部15を駆動するモータ16と、アンビルロール1を駆動するモータ8とは、別個のモータでなく、共通のモータを用い、このモータの駆動をアンビルロール1とクランク部15とに振り分け、所定の同期をとることもできる。
The
アンビルロール1の外周から突出して、所定の等間隔で複数(この例では4個)のアンビル2が設けられる。またこれらのアンビル2に対応して、アンビルロール1の外周には複数のカム18(この例では4個)が、アンビルロール1の外周から突出して設けられる。図5Bに概略を示すように、アンビルロール1の外周に固定されたアンビル2に対し、カム18はアンビル2と干渉することなく、正面視ではアンビル2と重なる(重層される)位置を占め、概念的にはカム18が手前で、その後ろにアンビルが位置する関係となる。超音波ユニット5には、これらのカム18に対するカムフォロワ19が設けられる。カムフォロワ19は、アンビルロール1の回転に従い、各カム18に乗り上げ越えることにより支持部10に対してはアンビルロール1の外周から接近・離間する方向に各カム18のカム曲線に従って昇降する。
A plurality (four in this example) of
図6は図5の簡略な側面図であり、アンビルロール1は前述のように、両側の支台7に軸6を介して回転可能に支持され、支台7の一方にアーム10の基端部が軸受6bにおいて揺動可能に(所定角度範囲で回動可能に)支持される。このアーム10の自由端部から、軸6と平行に支持部10が片持ち状態で延び、その先端側に前述の超音波ユニット5が支持される。アンビルロール1のアンビル2とカム18とは互いに干渉しない。すなわち、アンビル2はアンビルロール1の外周面の片側から突出し、カム18はそのロール1の端面に固定されてカム面がそのロール外周から突出し、カムフォロワ19と接触可能となっている。カムフォロワ19は、ブラケット20を介して超音波ホーン3の側面から側方へせり出した位置に設けられる。カムフォロワ19は、超音波ホーン3のヘッド部とアンビル2との間に挟まれる重なり状態のシート部とは干渉しないようになっている。
FIG. 6 is a simplified side view of FIG. 5. As described above, the
カムフォロワ19がカム18に乗り上げた状態では、超音波ユニット5が、図6において上向きに上昇し、超音波ユニット5に設けられたストッパ対向部21が支持部10に設けられた前述のストッパ13から離間した状態となる。カムフォロワ19がカム18を乗り越えて次のカム18までの空白部に対応する際は、超音波ユニット5がカム18の拘束を受けないため、図6において下降するが、その移動限度は支持部10に設けられたストッパ13に超音波ユニット5のストッパ対向部21が当接することにより規制される。このストッパ13とストッパ対向部21との一方又は双方にゴム等の弾性部材を設けることができ、それにより当接時の衝撃や異音が軽減される。
In a state where the
なお、後述の接合対象(ワーク)としての重ねられたシート部は、超音波により内部で発熱させられ、熱溶融後に固化する等により接合(シール)されることになるが、その際に超音波ホーン1とアンビル2との間で挟圧される。その圧力(シール圧)を調整する際や、ワークとしてのシート部を取り回す際に、アンビル2を超音波ユニット5から離間させるときには、アンビルロール1の中心軸6を昇降させる。そのために、支台7に近接して昇降シリンダ22が設けられ、その作動により軸6の軸受部23を介してアンビルロール1が超音波ユニット5に対して接近・離間させられる。
It should be noted that the stacked sheet portions as workpieces (workpieces) to be described later are heated inside by ultrasonic waves and bonded (sealed) by solidifying after heat melting. It is clamped between the
図7A〜Cは、カム18の一例を示すもので、板状をなし、その外縁にカム面24が形成され、アンビルロール1の端面に、ボルト孔及び図示しないボルト等の締結手段により固定されている。この例のカム面24はアンビルロール1の外周面から突出して前述の超音波ユニット5側のカムフォロワ19がこれに接触するが、全体としては扁平な台形状に似ており、図中右側から上って(傾斜カム面24a)、その後ほぼ横に延び(頂部カム面24b)、その後下る(傾斜カム面24c)。頂部カム面24bは直線的に形成されても、アンビルロール1の外側に向かって凸となる円弧状面で形成されてもよいが、この例ではアンビルロール1の外方に向かってやや凹となる曲率の小さい円弧状の曲面とされる。
7A to 7C show an example of the
カムフォロワ19がアンビルロール1の外周の円弧に沿ってアーム11により移動し、これに対し頂部カム面24bが凹状に形成されることにより、後述するように、カムフォロワ19の軌跡がほぼ直線的なものになる。また、傾斜カム面24a、24cも直線状若しくは外側に凸、若しくは逆向きの凹となるように形成することができ、この例ではアンビルロール1に対し緩く凹となる曲線とされた例が示されている。このようなカム18よりカムフォロワ19に与えられる移動と、揺動するアーム11によりカムフォロワ19に与えられる円弧運動との合成により、図8に示すように、カムフォロワ19(ひいては超音波ホーン3)の移動軌跡が付与され、図中右からアンビルロール1の中心を中心とする円弧に沿う順方向軌跡Aと、この順方向軌跡Aに続いて元の位置に復帰する復帰方向軌跡Bとが付与され、順方向軌跡Aと復帰方向軌跡Bとの接続部分は円弧状のコーナー部分とすることが可能であり、また、復帰方向軌跡Bの大半又は中間部分は直線状軌跡、その両側を傾斜状の軌跡とすることができる。
The
図9は、順方向軌跡Aが図8と同様で、復帰方向軌跡B1が大半を直線部分で占め、折返し部分が比較的大きな円弧状のコーナー部となる例である。図10は順方向軌跡Aがその端部で折り返し、同じ円弧に沿って一定量復帰したのち、上昇して直線状部分に至り、また下降して円弧状部分に接続する復帰方向軌跡B2とされる。この例では、順方向軌跡Aの両端でカムフォロワ(超音波ホーン)の動きが瞬間的にゼロとなる死点が生じる。図8〜図10に示したいずれの軌跡においても、順方向と復帰方向で必ず別の軌跡を通るという意味で、超音波ホーンは巡回軌跡をとって移動するということができる。 FIG. 9 shows an example in which the forward trajectory A is the same as that in FIG. 8, the return direction trajectory B1 occupies most of the straight portion, and the folded portion becomes a relatively large arcuate corner portion. FIG. 10 shows a return direction trajectory B2 in which the forward trajectory A is turned back at its end, and after returning by a certain amount along the same arc, it rises to reach a linear portion and descends to connect to the arc portion. The In this example, a dead point at which the movement of the cam follower (ultrasonic horn) instantaneously becomes zero at both ends of the forward trajectory A is generated. In any of the trajectories shown in FIGS. 8 to 10, it can be said that the ultrasonic horn moves along a circular trajectory in the sense that the trajectory always passes through different trajectories in the forward direction and the return direction.
また、図11Aに示すように、順方向軌跡Aに対してこれと同じように外方に膨出する(凸となる)円弧状形態の復帰方向軌跡B3とすることもできる。この場合は、図7Bや図7Cに示すように、頂部カム面24bを直線状ないしは外側に凸となる緩い円弧状とすればよい。さらに図11Bは、順方向軌跡Aがアンビルロール1の外周面に沿った円弧状軌跡とされ、両側が曲率の大きなコーナー部とされ、復帰方向軌跡B4が順方向軌跡Aより曲率が大きい(曲率半径が短い)円弧状面とされる。
Further, as shown in FIG. 11A, a return direction trajectory B3 having an arcuate shape that bulges outward (becomes convex) with respect to the forward trajectory A can also be used. In this case, as shown in FIGS. 7B and 7C, the
また、図11Cは、順方向軌跡Aがアンビルロール1の外周面に沿った円弧状軌跡とされ、両端が折返し点(死点)a1、a2とされ、復帰方向軌跡B5は、折返し点a1から上昇する傾斜面b2、平坦面又は上に凸となる円弧状面で形成される頂部面b3、頂部面b3から下降する傾斜面b1を経て折返し点a1に至る巡回軌跡を示している。ここで、b2、b3、b1が順方向軌跡Aの円弧状面より曲率の大きい(曲率半径が短い)ひとつの円弧状面とされてもよいし、b2、b1はいずれもほぼ直線的な対称傾斜面、b3が順方向軌跡Aの円弧状面に対してそれより曲率が大きい若しくは小さい又は曲率が同じ円弧状面とされてもよい。復帰方向軌跡B5において、a2で折り返した後、一定距離は順方向軌跡Aと同じ軌跡を戻り、途中からb2を上昇し、頂部面b3からb1を経て順方向軌跡Aに合流して一定距離戻った後、a1で折り返すようにしてもよい。さらに図11Dのように、順方向軌跡Aと復帰方向軌跡B6からなる、折返し点a1、a2が生じる巡回軌跡を超音波ホーン3に付与し、かつ超音波ホーン3がアンビルロール1の外周から離間を開始する点と終了する点を、折返し点a1、a2に実質上一致させることができる。つまり超音波ホーン3が順方向軌跡の終端a2を折り返すときと同期にして、超音波ホーン3がアンビルロール1からの離間を開始するということである。
Further, in FIG. 11C, the forward trajectory A is an arc trajectory along the outer peripheral surface of the
なお、図7Cのカム18は、図11A〜図11Cの巡回軌跡を与えるカム18の一例を示している。このカム18の一端から例えば傾斜面24a、頂部面24b、傾斜面24cとされ、これがアンビルロール1の外周円弧より曲率の大きなひとつの円弧状面とされてもよく、あるいは傾斜面24a、24cが直線状の面であり、頂部面24bがアンビルロール1の外周円弧に対してそれより曲率が大きい若しくは小さい又は同程度の円弧状面で構成されてもよい。さらに、傾斜面24a、24cが外側に凸又は凹となる円弧状面、頂部面24bが外側に凸となる上記のような円弧状面とされ、それら24a〜24cが滑らかに連続する形態でもよい。
The
いずれにしても、図7Cのようなカム18のカム面24であれば、頂上部24bが直線的な平坦面の場合(図7B)を含んで、超音波ホーン1の復帰方向軌跡B、B1〜B5は、順方向軌跡Aに対し、アンビルロール1の外周面から外側へ離間するような円弧状面となり、例えば図11A、図11B、図11Cに対応するようなものとなる。
In any case, in the case of the
図12は揺動アーム11により与えられる超音波ホーン3の往復円弧軌跡の両端P1、P2と、カム18との相対的な位置関係を示す。基本的に、超音波ホーン3とカムフォロワ19は一体であり、超音波ホーン3(カムフォロワ19)の順方向(図の反時計方向の)移動では、アンビルロール1が超音波ホーン3と同方向に回転するため、アンビルロール1に固定されたカム18も同方向(図の反時計方向)に回転移動し、超音波ホーン3が揺動端P2(順方向軌跡の端)から元に戻ろうとする近傍で、反時計方向に周回するカム18に、カムフォロワ19が乗り上げ、超音波ホーン3がアンビルロール1の外周(アンビル2の表面)から離れる方向に移動しつつ揺動端(復帰方向軌跡の終端)P1に復帰する。
FIG. 12 shows the relative positional relationship between the
ここで図12(A)に示すように、超音波ホーン3が揺動端P2に至ったときに、同方向に回転するアンビルロール1に固定されたカム18の先端C1もP2に至るとすれば、超音波ホーン3の復帰移動の開始とほぼ同時にカムフォロワ19がカム18に乗り上がる。この場合は例えば図11Dに示すような順方向軌跡A、復帰方向軌跡B6による超音波ホーン3の巡回軌跡とすることができる。
また図12(B)に示すように、超音波ホーン3が図の反時計方向の揺動端(順方向軌跡の終端)P2に達した時に、同方向に移動するカムの先端C1がそのP2に達しない位置関係(−yの遅れ・後行)であると、超音波ホーン3がP1からP2に至りそこで折り返してP1に戻る途中で、時計方向へ周回するカム18にカムフォロワ19が乗り上って、超音波ホーン3がアンビルロール1の外周面から離間を始める。この場合は図10、図11Cに示すような巡回軌跡を超音波ホーン3に付与されることができる。
Here, as shown in FIG. 12A, when the
Further, as shown in FIG. 12B, when the
他方、図12(C)に示すように、超音波ホーン3が反時計方向の揺動端(順方向軌跡の終端)P2に達する前に、同じく反時計方向に移動(周回)するカム18が超音波ホーン3のカムフォロワ19を追い越すように、カム18と超音波ホーン3の位置関係を定めることもできる。前述のように、超音波ホーン3の順方向軌跡において、アンビルロール1(これに固定されたカム18)は等速で回転(周回)するのに対し、これと同方向に移動する超音波ホーン3は、順方向軌跡の中間で速度が最大となり、揺動端P2に接近するほど速度が小さくなる(遅くなる)。そのため、揺動端P2の手前でカム18の先端C1が超音波ホーン3のカムフォロワ18を追い越し、P2の位置ではカム18の先端C1がカムフォロワ18の中心に対し、+yだけ先行する場合が生じる。この場合は、超音波ホーン3が順方向の揺動端P2に至る前に、カム18の先端C1がカムフォロワ19に達してその下に入り込み、カムフォロワ19を持ち上げるため、超音波ホーン3は揺動端P2の手前でアンビルロール1(アンビル2)の外周面から離間を開始し、離間しつつP2を基準にターンして、P1への復帰方向軌跡をたどることなる。これにより、例えば図8、図9、図11A,図11Bの巡回軌跡をカムフォロワ19を介して超音波ホーン3に与えることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 12C, before the
図13に示すように、アンビル2の表面には、シールパターンを構成するための突起群2aが二列形成され、(A)は一方に広がった形態、(B)は平行な形態であり、後述するように、重ね合せのシート状ワーク26に、そのシールパターンが付与される。シート状ワーク26は、例えば図14に示すように、第1のシート部27と第2のシート部28の間に吸水部材29が横断するように所定の間隔で貼り付けられたものが二つ折りに折り畳まれ、このようなシート状ワーク26が図5のアンビルロール1に搬送ロール30を介して供給され、超音波ホーン3とアンビル2によりシールされた後のシート状ワーク26が、搬送ロール31を介して下流工程(切断工程等)へ送られることとなる。図15はその状態を示しており、2つのシート部27,28にまたがって吸水部材29が貼り付けられ、2つ折りにされた後、超音波で接合(溶着)されて2本のシール部32が所定の間隔で形成され、その各2本のシール部32の間の切断線33で切断されてシート状ワーク26が個々の製品又は中間製品34に分離されることとなる。
As shown in FIG. 13, two rows of
なお、シート状ワークの形態としては、例えば図16に示すように、シート部35に吸水部材36が貼り付けられた状態でその間に開口37が形成されたものを二つ折りにしたシート状ワーク38でもよく、この場合でも所定の間隔で超音波による2本のシール線32が形成され、この間の切断線33で切断されて個々の製品又は中間製品39となる。図13(A)又は(B)の突起群2aが平行か若しくは広がっているかで、図15や図16のシール線32が異なるが、広がったシール線であると腰の部分に傾斜が付けられることとなる。図17において、そのようなシート状ワーク26又は38をアンビルロール1に供給して、超音波ホーン3とアンビル2の突起群2aとの間で重ね合せ状態のシート部同士を挟持し、超音波ホーン3から付与される振動エネルギーにより重ね合せシート部が超音波振動による熱で溶融してシールされる。
In addition, as a form of the sheet-like workpiece, for example, as shown in FIG. 16, a sheet-
アンビル2の外周面はアンビルロール1の中心線を中心とする円弧に沿ってほぼ形成される。また、アンビルロール1の回転速度と超音波ホーン3の移動速度とは近似するが、超音波ホーン3の往復円弧運動における速度はサインカーブ的に基端で遅く(又はゼロ)、中間で早く、終端でまた遅く(又はゼロ)なる。従って、等速運動するアンビル2に対して超音波ホーン3は揺動範囲で相対的に移動し、シート状ワーク26の表面をある程度移動しながら、2本の突起群2aにそれぞれシート状ワーク26を押し付け接合(シール)することとなる。
The outer peripheral surface of the
そのシール動作は、図8〜図11に示した超音波ホーン3の軌跡(カムフォロワ19の軌跡)における円弧状の順方向軌跡Aでこれを行い、シール後、図5のアーム11の逆揺動により、図8〜図11において、順方向軌跡Aとは異なる復帰方向軌跡B、B1〜B5を経て元に戻る。このとき、超音波ホーン3はアンビルロール1の外周面から離間するように変位するため、超音波ホーン3の先端がシート状ワーク38を擦りつつ戻ることが回避されやすくなる。また図8、図9、図11A、図11Bの巡回軌跡を超音波ホーン3に付与すれば、順方向軌跡Aの始まりと終わりでその移動の死点が生じないため、超音波ホーン3がよりスムーズに移動できる。他方、図10や図11Cの巡回軌跡B2、B5を超音波ホーン3に付与すれば、順方向軌跡Aにおいて移動速度がゼロになる瞬間(死点)が生じるが、超音波ホーン3のリフト量を、シート状ワーク26又は38との接触を避け得る必要最小限に設定して、超音波ホーン3の巡回軌跡をより単純にすることができる。
The sealing operation is performed by an arc-shaped forward trajectory A in the trajectory of the ultrasonic horn 3 (the trajectory of the cam follower 19) shown in FIGS. 8 to 11, and after the sealing, the
超音波ホーン3の順方向行程は揺動アーム11で付与し、復帰行程はアンビルロール1に固定したカム18で付与する以外にも、別の方法・形態がある。一例として、図18に示すように、固定的なカム部材40が設けられ、このカム部材40に超音波ホーン3に付与したい巡回軌跡に対応するカム溝41が形成され、このカム溝41に超音波ホーン3側のカムフォロワ42が係合する。そして、図19に示すように、超音波ユニット5が支持部10においてクランク部15の回転により連接部14を介して揺動されると、カムフォロワ42がそのカム溝41を巡回することにより、超音波ホーン3に直接的に移動軌跡を付与できる。このカム溝42による軌跡は、図8〜図11に対応するものが形成できる。図18の例では、アンビルロール1の外周面に沿った円弧状の順方向軌跡A、これに続く直線状部分(又は外側に凸となる円弧状部分)を主体とする復帰方向軌跡Bが付与され、それらの間が滑らかに連なる折返し部ないしコーナー部とされる。
In addition to applying the forward stroke of the
揺動アーム11をクランク15等により揺動させる前提も必ずしも必須ではない。例えば、図20に示すように、支持部10が固定的な部材に設けられた直線状または円弧状その他の固定ガイド43に往復移動(スライド)可能に支持され、この支持部10に超音波ユニット5がアンビルロール1の外周面に対し接近・離間可能に支持され、支持部10がクランク部15により往復動される。これを前提とすると揺動アーム11は必要ない。そして、固定的なカム部材40に形成されたカム溝41に対し、超音波ユニット5側のカムフォロワ42が係合することにより、図18及び図19に示した例と同様な軌跡を超音波ホーン3に付与することができる。
The premise of swinging the
以上、いくつかの実施例を説明したが、本発明はそれらの記載に限定して解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。 Although several embodiments have been described above, the present invention is not construed as being limited to these descriptions, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 アンビルロール(回転体)
2 アンビル(凸部)
3 超音波ホーン
4 超音波発生装置
5 超音波ユニット
10 支持部
11 揺動アーム
12 リニヤガイド
13 ストッパ
14 連接部
15 クランク部
18 カム
19 カムフォロワ
24 カム面
26、38 シート状ワーク
27 第1のシート部
28 第2のシート部
29、36 吸水部材
32 シール線
33 切断線
40 カム部材
41 カム溝
42 カムフォロワ
1 Anvil roll (rotating body)
2 Anvil (convex)
DESCRIPTION OF
この発明は、柔軟性及び熱溶着性のある第1及び第2のシート部を重ねた状態で超音波により接合する超音波接合装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic bonding apparatus for bonding by ultrasonic waves in a state where first and second sheet portions having flexibility and heat-welding properties are overlapped.
従来、例えば使い捨て紙おむつ等の合成樹脂若しくは合成樹脂を含む繊維ないし不織布等のシート同士を接合(シール)するものとして、超音波シール装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic sealing device is known as a member for joining (sealing) sheets of synthetic resin such as disposable paper diapers or fibers or nonwoven fabrics containing synthetic resin.
この技術は、超音波ホーンをシート搬送用の回転体の外周面に沿って揺動させる往復軌跡により、回転体と超音波ホーンとが同じ方向に移動するときに超音波シールし、再び元に戻って同様の円弧運動を繰り返すものであり、超音波ホーンが固定式のものにくらべてシール時間を稼げる利点がある。 This technique uses an ultrasonic seal when the rotating body and the ultrasonic horn move in the same direction due to a reciprocating trajectory that swings the ultrasonic horn along the outer peripheral surface of the sheet conveying rotating body. It returns and repeats the same arc motion, and there is an advantage that the ultrasonic horn can increase the sealing time compared to the fixed type.
しかしながら、円弧軌跡で復帰のときに、シートの表面をこすり損傷させたり、商品価値を下げる等のおそれがあった。この発明は、前記の課題を解決するためになされたものである。 However, there is a risk that the surface of the sheet will be rubbed and damaged or the value of the product may be reduced when returning with an arc locus. The present invention has been made to solve the above-described problems.
この発明は、柔軟性及び熱溶着性のある第1のシート部と第2のシート部とを重ねた状態で超音波により接合する装置であって、
重ねた状態の第1のシート部と第2のシート部に対向する超音波ホーンと、
それら第1及び第2のシート部を搬送するとともに、前記超音波ホーンとの間で両シート部を挟持する回転体と、
前記超音波ホーンを、前記回転体の回転軌跡と対応する順方向軌跡と、その順方向軌跡の端部に続いて前記回転体の回転軌跡から離間しつつ前記順方向軌跡の始点側へ戻る復帰方向軌跡とを含む巡回軌跡に沿って移動する超音波ホーン移動装置とを備え、
前記超音波ホーンの順方向軌跡において第1及び第2のシート部を前記回転体と協働して挟持しつつ超音波により接合することを特徴とする。
The present invention is an apparatus for joining by ultrasonic waves in a state where the first sheet portion and the second sheet portion having flexibility and heat-welding property are overlapped,
An ultrasonic horn facing the first sheet portion and the second sheet portion in a stacked state;
A rotary body that conveys the first and second sheet portions and sandwiches both the sheet portions with the ultrasonic horn, and
Returning the ultrasonic horn toward the start point side of the forward trajectory while being separated from the rotational trajectory of the rotating body following the end of the forward trajectory corresponding to the rotating trajectory of the rotating body and the end of the forward trajectory. An ultrasonic horn moving device that moves along a circular trajectory including a direction trajectory,
In the forward trajectory of the ultrasonic horn, the first and second sheet portions are joined by ultrasonic waves while being sandwiched in cooperation with the rotating body.
これにより、図1及び図2に概念的に示すように、重ね合せたシート部同士を搬送する回転体に臨む超音波ホーンが、回転体の回転軌跡と対応する順方向軌跡でシート部のシールを行い、その順方向軌跡に続いて回転体から離間しつつ元に戻る復帰方向軌跡が付与されるため、図3に示す従来技術の往復円弧軌跡と異なり、超音波ホーンの復帰時にシート部の表面をこする等の不都合が生じにくい。 Thereby, as conceptually shown in FIG. 1 and FIG. 2, the ultrasonic horn facing the rotating body that conveys the overlapped sheet portions is sealed with a forward trajectory corresponding to the rotating trajectory of the rotating body. And a return direction trajectory that returns to the original while being separated from the rotating body is provided following the forward direction trajectory. Unlike the conventional reciprocating arc trajectory shown in FIG. Inconveniences such as rubbing the surface are less likely to occur.
また、図2のように、回転体に対し接近・離間する際に、図4に示す従来技術で必ず生じる折返し死点d1、d2が生じないようにすることもでき、そうすれば、超音波ホーンをよりスムーズに移動させやすくなる。 In addition, as shown in FIG. 2, it is possible to prevent the return dead points d1 and d2 that always occur in the prior art shown in FIG. 4 when approaching / separating from the rotating body. It becomes easier to move the horn more smoothly.
実施形態として、前記回転体の外周面に所定の間隔で前記超音波ホーン側へ突出する複数の凸部が設けられ、その凸部の回転軌跡に対応する前記順方向軌跡と、その凸部の回転軌跡から離間しつつ前記順方向軌跡の始端側へ戻る復帰方向軌跡を含む前記巡回軌跡に沿って前記超音波ホーンを移動する前記超音波ホーン移動装置を備え、その超音波ホーンの順方向軌跡において第1及び第2のシート部を前記回転体の凸部と協働して挟持しつつ超音波により接合する。 As an embodiment, a plurality of convex portions projecting toward the ultrasonic horn at predetermined intervals are provided on the outer peripheral surface of the rotating body, the forward trajectory corresponding to the rotational trajectory of the convex portion, and the convex portion The ultrasonic horn moving device moves the ultrasonic horn along the circular trajectory including a return trajectory returning to the start end side of the forward trajectory while being separated from the rotation trajectory, and the forward trajectory of the ultrasonic horn The first and second sheet portions are joined by ultrasonic waves while being held in cooperation with the convex portions of the rotating body.
このような凸部(いわゆるアンビル)と超音波ホーンとの間に重ねられたシート部を挟み込むことで、超音波ホーンの超音波振動がシール箇所に集中的に伝わり、短時間でも良好なシールができる。 By sandwiching the sheet portion overlapped between such a convex part (so-called anvil) and the ultrasonic horn, the ultrasonic vibration of the ultrasonic horn is intensively transmitted to the seal location, and a good seal can be obtained even in a short time. it can.
また、実施形態として、前記復帰方向軌跡は、直線状の軌跡又は回転体の外周面から離れる方向に凸となる円弧状の軌跡を含むものである。
直線状の軌跡部分を多くすればするほど、超音波ホーンは短い距離で元の位置に帰って、次のシールに備えることができ、また円弧状の軌跡を含むことにより巡回性が向上する。
As an embodiment, the return direction trajectory includes a linear trajectory or an arc-shaped trajectory that is convex in a direction away from the outer peripheral surface of the rotating body.
As the number of linear trajectory portions increases, the ultrasonic horn returns to the original position at a short distance and can be prepared for the next seal, and the circularity is improved by including the arc-shaped trajectory.
実施形態として、前記超音波ホーンは、揺動機構によって前記回転体の回転中心と同心的な軸線周りに往路と復路で揺動する支持部に、前記回転体の外周に対し接近・離間する方向に移動可能に支持される一方、前記回転体の外周には、その回転体の回転と前記揺動機構の復路移動との相対移動に従って前記超音波ホーンをその回転体の外周から離間させた後に再び接近させるカムが設けられ、前記超音波ホーンの順方向軌跡は前記揺動機構の往路移動により付与され、前記復帰方向軌跡はその揺動機構の復路移動と前記カムとの組合せにより付与される。 As an embodiment, the ultrasonic horn is moved toward and away from the outer periphery of the rotating body by a swinging mechanism on a support section that swings around an axis concentric with the rotation center of the rotating body in the forward path and the return path. On the other hand, on the outer periphery of the rotating body, the ultrasonic horn is separated from the outer periphery of the rotating body according to the relative movement between the rotation of the rotating body and the backward movement of the swing mechanism. A cam to be approached again is provided, the forward trajectory of the ultrasonic horn is given by the forward movement of the rocking mechanism, and the return direction trajectory is given by a combination of the backward movement of the rocking mechanism and the cam. .
超音波ホーンの移動軌跡を、例えば循環するカム溝で付与することもできるが、超音波ホーンの順方向軌跡を例えばアームの往復円弧運動による円弧軌跡で付与し、復帰方向軌跡は、回転体に設けたカムにより超音波ホーンを回転体から遠ざけるようにすれば、より簡単な構成で超音波ホーンに順方向軌跡及び復帰方向軌跡を付与することができる。 The movement trajectory of the ultrasonic horn can be given by, for example, a circulating cam groove, but the forward trajectory of the ultrasonic horn is given by, for example, an arc trajectory by the reciprocating arc motion of the arm, and the return direction trajectory is applied to the rotating body. If the ultrasonic horn is moved away from the rotating body by the provided cam, the forward trajectory and the return trajectory can be given to the ultrasonic horn with a simpler configuration.
図5Aに示す超音波接合(シール)装置は、凸部としてのアンビル2を外周面に備えた回転体としてのアンビルロール1と、アンビルロール1の外周面に対向する超音波ホーン3及び超音波発生装置4を含む超音波ユニット5とを備えている。アンビルロール1はその中心部の回転軸6により、接地面上の支台7により回転可能に支持され、回転体駆動装置としてのモータ8により回転駆動される。超音波ユニット5は、基端が一軸周りに揺動可能な揺動アーム11に取り付けられた支持部10により揺動可能に支持される。この例では、アーム11がアンビルロール1の回転軸6と同心的な軸(軸受)6b(図6)により支台7により揺動可能に支持され、支持部10を介して超音波ユニット5もアンビルロール1の回転中心と同心的な中心線周りに揺動する。
An ultrasonic bonding (seal) apparatus shown in FIG. 5A includes an
超音波ユニット5は、支持部10にアンビルロール1の外周面に対し接近・離間可能に支持され、この例では、リニヤガイド(リニヤベアリング)12が超音波ユニット5を支持部10に対し所定範囲でスライドさせる。
The
超音波ユニット5のアンビルロール1に接近する(例えば下降する)方向の移動は、支持部10に設けられたストッパ13によって規制され、超音波ホーン3のアンビルロール1に向かう一定限度以上の移動が阻止される。支持部10には、連接部14を介してクランク部15が連結される。クランク部15はクランク駆動装置としてのモータ16により中心軸周りに回転駆動され、クランク部15に偏心して連結された連接部14を介して、支持部10、アーム11を往復円弧運動(振り子運動)させる。
The movement of the
なお、クランク部15を駆動するモータ16と、アンビルロール1を駆動するモータ8とは、別個のモータでなく、共通のモータを用い、このモータの駆動をアンビルロール1とクランク部15とに振り分け、所定の同期をとることもできる。
The
アンビルロール1の外周から突出して、所定の等間隔で複数(この例では4個)のアンビル2が設けられる。またこれらのアンビル2に対応して、アンビルロール1の外周には複数のカム18(この例では4個)が、アンビルロール1の外周から突出して設けられる。図5Bに概略を示すように、アンビルロール1の外周に固定されたアンビル2に対し、カム18はアンビル2と干渉することなく、正面視ではアンビル2と重なる(重層される)位置を占め、概念的にはカム18が手前で、その後ろにアンビルが位置する関係となる。超音波ユニット5には、これらのカム18に対するカムフォロワ19が設けられる。カムフォロワ19は、アンビルロール1の回転に従い、各カム18に乗り上げ越えることにより支持部10に対してはアンビルロール1の外周から接近・離間する方向に各カム18のカム曲線に従って昇降する。
A plurality (four in this example) of
図6は図5Aの簡略な側面図であり、アンビルロール1は前述のように、両側の支台7に軸6を介して回転可能に支持され、支台7の一方にアーム11の基端部が軸受6bにおいて揺動可能に(所定角度範囲で回動可能に)支持される。このアーム11の自由端部から、軸6と平行に支持部10が片持ち状態で延び、その先端側に前述の超音波ユニット5が支持される。アンビルロール1のアンビル2とカム18とは互いに干渉しない。すなわち、アンビル2はアンビルロール1の外周面の片側から突出し、カム18はそのロール1の端面に固定されてカム面がそのロール外周から突出し、カムフォロワ19と接触可能となっている。カムフォロワ19は、ブラケット20を介して超音波ホーン3の側面から側方へせり出した位置に設けられる。カムフォロワ19は、超音波ホーン3のヘッド部とアンビル2との間に挟まれる重なり状態のシート部とは干渉しないようになっている。
Figure 6 is a schematic side view of FIG. 5 A, the
カムフォロワ19がカム18に乗り上げた状態では、超音波ユニット5が、図6において上向きに上昇し、超音波ユニット5に設けられたストッパ対向部21が支持部10に設けられた前述のストッパ13から離間した状態となる。カムフォロワ19がカム18を乗り越えて次のカム18までの空白部に対応する際は、超音波ユニット5がカム18の拘束を受けないため、図6において下降するが、その移動限度は支持部10に設けられたストッパ13に超音波ユニット5のストッパ対向部21が当接することにより規制される。このストッパ13とストッパ対向部21との一方又は双方にゴム等の弾性部材を設けることができ、それにより当接時の衝撃や異音が軽減される。
In a state where the
なお、後述の接合対象(ワーク)としての重ねられたシート部は、超音波により内部で発熱させられ、熱溶融後に固化する等により接合(シール)されることになるが、その際に超音波ホーン3とアンビル2との間で挟圧される。その圧力(シール圧)を調整する際や、ワークとしてのシート部を取り回す際に、アンビル2を超音波ユニット5から離間させるときには、アンビルロール1の回転軸6を昇降させる。そのために、支台7に近接して昇降シリンダ22が設けられ、その作動により回転軸6の軸受部23を介してアンビルロール1が超音波ユニット5に対して接近・離間させられる。
It should be noted that the stacked sheet portions as workpieces (workpieces) to be described later are heated inside by ultrasonic waves and bonded (sealed) by solidifying after heat melting. It is pinched between the
図7A〜Cは、カム18の一例を示すもので、板状をなし、その外縁にカム面24が形成され、アンビルロール1の端面に、ボルト孔25及び図示しないボルト等の締結手段により固定されている。この例のカム面24はアンビルロール1の外周面から突出して前述の超音波ユニット5側のカムフォロワ19がこれに接触するが、全体としては扁平な台形状に似ており、図中右側から上って(傾斜カム面24a)、その後ほぼ横に延び(頂部カム面24b)、その後下る(傾斜カム面24c)。頂部カム面24bは直線的に形成されても、アンビルロール1の外側に向かって凸となる円弧状面で形成されてもよいが、この例ではアンビルロール1の外方に向かってやや凹となる曲率の小さい円弧状の曲面とされる。
7A to 7C show an example of the
カムフォロワ19がアンビルロール1の外周の円弧に沿ってアーム11により移動し、これに対し頂部カム面24bが凹状に形成されることにより、後述するように、カムフォロワ19の軌跡がほぼ直線的なものになる。また、傾斜カム面24a、24cも直線状若しくは外側に凸、若しくは逆向きの凹となるように形成することができ、この例ではアンビルロール1に対し緩く凹となる曲線とされた例が示されている。このようなカム18によりカムフォロワ19に与えられる移動と、揺動するアーム11によりカムフォロワ19に与えられる円弧運動との合成により、図8に示すように、カムフォロワ19(ひいては超音波ホーン3)の移動軌跡が付与され、図中右からアンビルロール1の中心を中心とする円弧に沿う順方向軌跡Aと、この順方向軌跡Aに続いて元の位置に復帰する復帰方向軌跡Bとが付与され、順方向軌跡Aと復帰方向軌跡Bとの接続部分は円弧状のコーナー部分とすることが可能であり、また、復帰方向軌跡Bの大半又は中間部分は直線状軌跡、その両側を傾斜状の軌跡とすることができる。
The
図9は、順方向軌跡Aが図8と同様で、復帰方向軌跡B1が大半を直線部分で占め、折返し部分が比較的大きな円弧状のコーナー部となる例である。図10は順方向軌跡Aがその端部で折り返し、同じ円弧に沿って一定量復帰したのち、上昇して直線状部分に至り、また下降して円弧状部分に接続する復帰方向軌跡B2とされる。この例では、順方向軌跡Aの両端でカムフォロワ(超音波ホーン)の動きが瞬間的にゼロとなる死点が生じる。図8〜図10に示したいずれの軌跡においても、順方向と復帰方向で必ず別の軌跡を通るという意味で、超音波ホーンは巡回軌跡をとって移動するということができる。 FIG. 9 shows an example in which the forward trajectory A is the same as that in FIG. 8, the return direction trajectory B1 occupies most of the straight portion, and the folded portion becomes a relatively large arcuate corner portion. FIG. 10 shows a return direction trajectory B2 in which the forward trajectory A is turned back at its end, and after returning by a certain amount along the same arc, it rises to reach a linear portion and descends to connect to the arc portion. The In this example, a dead point at which the movement of the cam follower (ultrasonic horn) instantaneously becomes zero at both ends of the forward trajectory A is generated. In any of the trajectories shown in FIGS. 8 to 10, it can be said that the ultrasonic horn moves along a circular trajectory in the sense that the trajectory always passes through different trajectories in the forward direction and the return direction.
また、図11Aに示すように、順方向軌跡Aに対してこれと同じように外方に膨出する(凸となる)円弧状形態の復帰方向軌跡B3とすることもできる。この場合は、図7Bや図7Cに示すように、頂部カム面24bを直線状ないしは外側に凸となる緩い円弧状とすればよい。さらに図11Bは、順方向軌跡Aがアンビルロール1の外周面に沿った円弧状軌跡とされ、両側が曲率の大きなコーナー部とされ、復帰方向軌跡B4が順方向軌跡Aより曲率が大きい(曲率半径が短い)円弧状面とされる。
Further, as shown in FIG. 11A, a return direction trajectory B3 having an arcuate shape that bulges outward (becomes convex) with respect to the forward trajectory A can also be used. In this case, as shown in FIGS. 7B and 7C, the
また、図11Cは、順方向軌跡Aがアンビルロール1の外周面に沿った円弧状軌跡とされ、両端が折返し点(死点)a1、a2とされ、復帰方向軌跡B5は、折返し点a2から上昇する傾斜面b2、平坦面又は上に凸となる円弧状面で形成される頂部面b3、頂部面b3から下降する傾斜面b1を経て折返し点a1に至る巡回軌跡を示している。ここで、b2、b3、b1が順方向軌跡Aの円弧状面より曲率の大きい(曲率半径が短い)ひとつの円弧状面とされてもよいし、b2、b1はいずれもほぼ直線的な対称傾斜面、b3が順方向軌跡Aの円弧状面に対してそれより曲率が大きい若しくは小さい又は曲率が同じ円弧状面とされてもよい。復帰方向軌跡B5において、a2で折り返した後、一定距離は順方向軌跡Aと同じ軌跡を戻り、途中からb2を上昇し、頂部面b3からb1を経て順方向軌跡Aに合流して一定距離戻った後、a1で折り返すようにしてもよい。さらに図11Dのように、順方向軌跡Aと復帰方向軌跡B6からなる、折返し点a1、a2が生じる巡回軌跡を超音波ホーン3に付与し、かつ超音波ホーン3がアンビルロール1の外周から離間を開始する点と終了する点を、折返し点a1、a2に実質上一致させることができる。つまり超音波ホーン3が順方向軌跡の終端a2を折り返すときと同期にして、超音波ホーン3がアンビルロール1からの離間を開始するということである。
Further, in FIG. 11C, the forward trajectory A is an arc trajectory along the outer peripheral surface of the
なお、図7Cのカム18は、図11A〜図11Cの巡回軌跡を与えるカム18の一例を示している。このカム18の一端から例えば傾斜面24a、頂部面24b、傾斜面24cとされ、これがアンビルロール1の外周円弧より曲率の大きなひとつの円弧状面とされてもよく、あるいは傾斜面24a、24cが直線状の面であり、頂部面24bがアンビルロール1の外周円弧に対してそれより曲率が大きい若しくは小さい又は同程度の円弧状面で構成されてもよい。さらに、傾斜面24a、24cが外側に凸又は凹となる円弧状面、頂部面24bが外側に凸となる上記のような円弧状面とされ、それら24a〜24cが滑らかに連続する形態でもよい。
The
いずれにしても、図7Cのようなカム18のカム面24であれば、頂上部24bが直線的な平坦面の場合(図7B)を含んで、超音波ホーン1の復帰方向軌跡Bは、順方向軌跡Aに対し、アンビルロール1の外周面から外側へ離間するような円弧状面となり、例えば図11A、図11B、図11C、図11Dに対応するようなものとなる。
In any case, in the case of the
図12は揺動アーム11により与えられる超音波ホーン3の往復円弧軌跡の両端P1、P2と、カム18との相対的な位置関係を示す。基本的に、超音波ホーン3とカムフォロワ19は一体であり、超音波ホーン3(カムフォロワ19)の順方向(図の反時計方向の)移動では、アンビルロール1が超音波ホーン3と同方向に回転するため、アンビルロール1に固定されたカム18も同方向(図の反時計方向)に回転移動し、超音波ホーン3が揺動端P2(順方向軌跡の端)から元に戻ろうとする近傍で、反時計方向に周回するカム18に、カムフォロワ19が乗り上げ、超音波ホーン3がアンビルロール1の外周(アンビル2の表面)から離れる方向に移動しつつ揺動端(復帰方向軌跡の終端)P1に復帰する。
FIG. 12 shows the relative positional relationship between the
ここで図12(A)に示すように、超音波ホーン3が揺動端P2に至ったときに、同方向に回転するアンビルロール1に固定されたカム18の先端C1もP2に至るとすれば、超音波ホーン3の復帰移動の開始とほぼ同時にカムフォロワ19がカム18に乗り上がる。この場合は例えば図11Dに示すような順方向軌跡A、復帰方向軌跡B6による超音波ホーン3の巡回軌跡とすることができる。
また図12(B)に示すように、超音波ホーン3が図の反時計方向の揺動端(順方向軌跡の終端)P2に達した時に、同方向に移動するカムの先端C1がそのP2に達しない位置関係(−yの遅れ・後行)であると、超音波ホーン3がP1からP2に至りそこで折り返してP1に戻る途中で、時計方向へ周回するカム18にカムフォロワ19が乗り上って、超音波ホーン3がアンビルロール1の外周面から離間を始める。この場合は図10、図11Cに示すような巡回軌跡を超音波ホーン3に付与されることができる。
Here, as shown in FIG. 12A, when the
Further, as shown in FIG. 12B, when the
他方、図12(C)に示すように、超音波ホーン3が反時計方向の揺動端(順方向軌跡の終端)P2に達する前に、同じく反時計方向に移動(周回)するカム18が超音波ホーン3のカムフォロワ19を追い越すように、カム18と超音波ホーン3の位置関係を定めることもできる。前述のように、超音波ホーン3の順方向軌跡において、アンビルロール1(これに固定されたカム18)は等速で回転(周回)するのに対し、これと同方向に移動する超音波ホーン3は、順方向軌跡の中間で速度が最大となり、揺動端P2に接近するほど速度が小さくなる(遅くなる)。そのため、揺動端P2の手前でカム18の先端C1が超音波ホーン3のカムフォロワ19を追い越し、P2の位置ではカム18の先端C1がカムフォロワ19の中心に対し、+yだけ先行する場合が生じる。この場合は、超音波ホーン3が順方向の揺動端P2に至る前に、カム18の先端C1がカムフォロワ19に達してその下に入り込み、カムフォロワ19を持ち上げるため、超音波ホーン3は揺動端P2の手前でアンビルロール1(アンビル2)の外周面から離間を開始し、離間しつつP2を基準にターンして、P1への復帰方向軌跡をたどることなる。これにより、例えば図8、図9、図11A,図11Bの巡回軌跡をカムフォロワ19を介して超音波ホーン3に与えることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 12C, before the
図13に示すように、アンビル2の表面には、シールパターンを構成するための突起群2aが二列形成され、(A)は一方に広がった形態、(B)は平行な形態であり、後述するように、重ね合せのシート状ワーク26に、そのシールパターンが付与される。シート状ワーク26は、例えば図14に示すように、第1のシート部27と第2のシート部28の間に吸水部材29が横断するように所定の間隔で貼り付けられたものが二つ折りに折り畳まれ、このようなシート状ワーク26が図5のアンビルロール1に搬送ロール30を介して供給され、超音波ホーン3とアンビル2によりシールされた後のシート状ワーク26が、搬送ロール31を介して下流工程(切断工程等)へ送られることとなる。図15はその状態を示しており、2つのシート部27,28にまたがって吸水部材29が貼り付けられ、2つ折りにされた後、超音波で接合(溶着)されて2本のシール部32が所定の間隔で形成され、その各2本のシール部32の間の切断線33で切断されてシート状ワーク26が個々の製品又は中間製品34に分離されることとなる。
As shown in FIG. 13, two rows of
なお、シート状ワークの形態としては、例えば図16に示すように、シート部35に吸水部材36が貼り付けられた状態でその間に開口37が形成されたものを二つ折りにしたシート状ワーク38でもよく、この場合でも所定の間隔で超音波による2本のシール線32が形成され、この間の切断線33で切断されて個々の製品又は中間製品39となる。図13(A)又は(B)の突起群2aが平行か若しくは広がっているかで、図15や図16のシール線32が異なるが、広がったシール線であると腰の部分に傾斜が付けられることとなる。図17において、そのようなシート状ワーク26又は38をアンビルロール1に供給して、超音波ホーン3とアンビル2の突起群2aとの間で重ね合せ状態のシート部同士を挟持し、超音波ホーン3から付与される振動エネルギーにより重ね合せシート部が超音波振動による熱で溶融してシールされる。
In addition, as a form of the sheet-like workpiece, for example, as shown in FIG. 16, a sheet-
アンビル2の外周面はアンビルロール1の中心線を中心とする円弧に沿ってほぼ形成される。また、アンビルロール1の回転速度と超音波ホーン3の移動速度とは近似するが、超音波ホーン3の往復円弧運動における速度はサインカーブ的に基端で遅く(又はゼロ)、中間で早く、終端でまた遅く(又はゼロ)なる。従って、等速運動するアンビル2に対して超音波ホーン3は揺動範囲で相対的に移動し、シート状ワーク26の表面をある程度移動しながら、2本の突起群2aにそれぞれシート状ワーク26を押し付け接合(シール)することとなる。
The outer peripheral surface of the
そのシール動作は、図8〜図11Cに示した超音波ホーン3の軌跡(カムフォロワ19の軌跡)における円弧状の順方向軌跡Aでこれを行い、シール後、図5のアーム11の逆揺動により、図8〜図11において、順方向軌跡Aとは異なる復帰方向軌跡B、B1〜B6を経て元に戻る。このとき、超音波ホーン3はアンビルロール1の外周面から離間するように変位するため、超音波ホーン3の先端がシート状ワーク38を擦りつつ戻ることが回避されやすくなる。また図8、図9、図11A、図11Bの巡回軌跡を超音波ホーン3に付与すれば、順方向軌跡Aの始まりと終わりでその移動の死点が生じないため、超音波ホーン3がよりスムーズに移動できる。他方、図10や図11C、図11Dの巡回軌跡B2、B5を超音波ホーン3に付与すれば、順方向軌跡Aにおいて移動速度がゼロになる瞬間(死点)が生じるが、超音波ホーン3のリフト量を、シート状ワーク26又は38との接触を避け得る必要最小限に設定して、超音波ホーン3の巡回軌跡をより単純にすることができる。
Its sealing operation does this by an arcuate forward trajectory A in the trajectory of the
超音波ホーン3の順方向行程は揺動アーム11で付与し、復帰行程はアンビルロール1に固定したカム18で付与する以外にも、別の方法・形態がある。一例として、図18に示すように、固定的なカム部材40が設けられ、このカム部材40に超音波ホーン3に付与したい巡回軌跡に対応するカム溝41が形成され、このカム溝41に超音波ホーン3側のカムフォロワ42が係合する。そして、図19に示すように、超音波ユニット5が支持部10においてクランク部15の回転により連接部14を介して揺動されると、カムフォロワ42がそのカム溝41を巡回することにより、超音波ホーン3に直接的に移動軌跡を付与できる。このカム溝41による軌跡は、図8〜図11に対応するものが形成できる。図18の例では、アンビルロール1の外周面に沿った円弧状の順方向軌跡A、これに続く直線状部分(又は外側に凸となる円弧状部分)を主体とする復帰方向軌跡Bが付与され、それらの間が滑らかに連なる折返し部ないしコーナー部とされる。
In addition to applying the forward stroke of the
揺動アーム11をクランク15等により揺動させる前提も必ずしも必須ではない。例えば、図20に示すように、支持部10が固定的な部材に設けられた直線状または円弧状その他の固定ガイド43に往復移動(スライド)可能に支持され、この支持部10に超音波ユニット5がアンビルロール1の外周面に対し接近・離間可能に支持され、支持部10がクランク部15により往復動される。これを前提とすると揺動アーム11は必要ない。そして、固定的なカム部材40に形成されたカム溝41に対し、超音波ユニット5側のカムフォロワ42が係合することにより、図18及び図19に示した例と同様な軌跡を超音波ホーン3に付与することができる。
The premise of swinging the
以上、いくつかの実施例を説明したが、本発明はそれらの記載に限定して解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。 Although several embodiments have been described above, the present invention is not construed as being limited to these descriptions, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 アンビルロール(回転体)
2 アンビル(凸部)
3 超音波ホーン
4 超音波発生装置
5 超音波ユニット
10 支持部
11 揺動アーム
12 リニヤガイド
13 ストッパ
14 連接部
15 クランク部
18 カム
19 カムフォロワ
24 カム面
26、38 シート状ワーク
27 第1のシート部
28 第2のシート部
29、36 吸水部材
32 シール線
33 切断線
40 カム部材
41 カム溝
42 カムフォロワ
1 Anvil roll (rotating body)
2 Anvil (convex)
DESCRIPTION OF
この発明は、柔軟性及び熱溶着性のある第1のシート部と第2のシート部とを重ねた状態で超音波により接合する装置であって、
重ねた状態の第1のシート部と第2のシート部に対向する超音波ホーンと、
それら第1及び第2のシート部を搬送するとともに、前記超音波ホーンとの間で両シート部を挟持する回転体と、
前記超音波ホーンを、前記回転体の回転軌跡と対応する順方向軌跡と、その順方向軌跡の端部に続いて前記回転体の回転軌跡から離間しつつ前記順方向軌跡の始点側へ戻る復帰方向軌跡とを含む巡回軌跡に沿って移動する超音波ホーン移動装置とを備え、
前記超音波ホーンの前記順方向軌跡において第1及び第2のシート部を前記回転体と協働して扶持しつつ超音波により接合するとともに、
前記超音波ホーンは、揺動機構によって前記回転体の回転中心と同心的な軸線周りに往路と復路で揺動する支持部に、前記回転体の外周に対し接近・離間する方向に移動可能に支持される一方、前記回転体の外周には、その回転体の回転と前記揺動機構の復路移動との相対移動に従って前記超音波ホーンをその回転体の外周から離間させた後に再び接近させるカムが設けられ、前記超音波ホーンの前記順方向軌跡は前記揺動機構の往路移動により付与され、前記復帰方向軌跡はその揺動機構の復路移動と前記カムとの組合せにより付与されることを特徴とする。
The present invention is an apparatus for joining by ultrasonic waves in a state where the first sheet portion and the second sheet portion having flexibility and heat-welding property are overlapped,
An ultrasonic horn facing the first sheet portion and the second sheet portion in a stacked state;
A rotary body that conveys the first and second sheet portions and sandwiches both the sheet portions with the ultrasonic horn, and
Returning the ultrasonic horn toward the start point side of the forward trajectory while being separated from the rotational trajectory of the rotating body following the end of the forward trajectory corresponding to the rotating trajectory of the rotating body and the end of the forward trajectory. An ultrasonic horn moving device that moves along a circular trajectory including a direction trajectory,
Wherein together joined by ultrasonic while ration the first and second sheet portions in cooperation with the rotary body in the forward path of the ultrasonic horn,
The ultrasonic horn is movable in a direction of approaching and separating from the outer periphery of the rotating body to a support section that swings in an outward path and a return path around an axis concentric with the rotation center of the rotating body by a swinging mechanism. On the other hand, a cam that moves the ultrasonic horn away from the outer periphery of the rotating body according to the relative movement between the rotation of the rotating body and the backward movement of the swing mechanism after being moved away from the outer periphery of the rotating body. The forward trajectory of the ultrasonic horn is given by the forward movement of the rocking mechanism, and the return trajectory is given by a combination of the backward movement of the rocking mechanism and the cam. And
Claims (4)
重ねた状態の第1のシート部と第2のシート部に対向する超音波ホーンと、
それら第1及び第2のシート部を搬送するとともに、前記超音波ホーンとの間で両シート部を挟持する回転体と、
前記超音波ホーンを、前記回転体の回転軌跡と対応する順方向軌跡と、その順方向軌跡の端部に続いて前記回転体の回転軌跡から離間しつつ前記順方向軌跡の始点側へ戻る復帰方向軌跡とを含む巡回軌跡に沿って移動させる超音波ホーン移動装置とを備え、
前記超音波ホーンの順方向軌跡において第1及び第2のシート部を前記回転体と協働して挟持しつつ超音波により接合することを特徴とする超音波接合装置。 An apparatus for joining by ultrasonic waves in a state where the first sheet portion and the second sheet portion having flexibility and heat-weldability are overlapped,
An ultrasonic horn facing the first sheet portion and the second sheet portion in a stacked state;
A rotary body that conveys the first and second sheet portions and sandwiches both the sheet portions with the ultrasonic horn, and
Returning the ultrasonic horn toward the start point side of the forward trajectory while being separated from the rotational trajectory of the rotating body following the end of the forward trajectory corresponding to the rotating trajectory of the rotating body and the end of the forward trajectory. An ultrasonic horn moving device that moves along a circular trajectory including a direction trajectory,
An ultrasonic bonding apparatus characterized in that the first and second sheet portions are joined together by the ultrasonic wave in a forward locus of the ultrasonic horn while being sandwiched in cooperation with the rotating body.
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