JP2020508850A - 長尺材の間欠超音波加工方法 - Google Patents

長尺材の間欠超音波加工方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、長尺材をソノトロードとカウンターツールとの間を通して移動させ、長尺材を間欠的に加工する、長尺材の間欠超音波加工方法に関する。従来技術の欠点を回避、又は少なくとも低減できる長尺材の間欠超音波加工方法を具体的に述べると、本発明は、加工期間においてソノトロードを振動振幅Ａの超音波振動で励振し、移動期間においてソノトロードを振動振幅Ｂで励振し、但しＢ＜Ａであり、加工期間中及び移動期間中において、長尺材がソノトロード及びカウンターツールの両方に接触していることを提案する。【選択図】図１

Description

本発明は、長尺材をソノトロードとカウンターツールとの間を通して移動させ、長尺材を間欠的に加工する、長尺材の間欠超音波加工方法に関する。
このような方法及び対応する装置は既知である。例えば、ドイツ特許公開第６０３ １９ １０１ Ｔ２号明細書には、長尺材がソノトロードとカウンターツールとの間を通って移動し、加工中にソノトロードが所定の溶着力で長尺材に向けて押圧される装置が記載されている。加工を行わないときは常にソノトロードが長尺材から離間している。
これらの既知の装置では、ＣＡＭ制御の助けを借りたり、カム制御を使用したりして対応する機械的な移動が行われる。別の方法として、回転式ソノトロード又は回転式カウンターツールを使用する場合は、ソノトロード又はカウンターツールのシール面に開口を設けてもよく、長尺材が開口に対向する位置になると超音波加工が中断される。
しかし、特にウェブ速度が非常に速い場合、ソノトロードの規則的な往復運動により、長尺材の案内動作に問題が生じる。それに加え、ソノトロードは十分に速い往復運動ができないため、高いウェブ速度を実現することは不可能である。
さらに、上記のカム制御は、加工サイクルを変更する場合にカム制御を変更する必要があるため、望ましくない機械停止時間が必要になるという欠点がある。開口を有する回転式ツールを使用する場合も同様であり、これは、このツールがこれに対応するように整合された開口寸法をもつツールと共に使用する必要があるためである。
したがって、上記の従来技術の背景に対し、本発明の目的は、従来技術の欠点を回避可能な、又は少なくとも低減可能な、長尺材の間欠超音波加工方法を提供することである。
本発明によれば、この目的は、加工期間においてソノトロードを振動振幅Ａの超音波振動で励振し、移動期間においてソノトロードを振動振幅Ｂで励振し、振動振幅Ａが振動振幅Ｂより大きく、加工期間中及び移動期間中において、長尺材がソノトロード及びカウンターツールの両方に接触している、という点において実現される。
したがって、本発明によれば、ソノトロードが長尺材から離間することはもはやなく、加工を行わない場合は、代わりに振動振幅を小さくするだけである。
最も単純な場合では、移動期間において、超音波振動を発生させるための適切な交流電流をコンバータに供給する発振器を停止すればよい。
しかし、ソノトロードを完全に停止させると、再度スイッチを入れたとき、すなわち、次の加工期間の始めの部分でソノトロードが再度望ましい安定状態になるまでの時間がかなり長くなり、その結果、特にウェブ速度が速い場合に、長尺材の最適な加工に到達するまでの領域が長くなりすぎることが分かっている。
そのため、好ましい一実施形態では、振動振幅Ｂ、すなわち、ソノトロードの振動振幅を移動期間において０より大きくする。したがって、超音波振動の振動振幅を小さくするが、スイッチを切るのではない。
加工期間における振動振幅の１０％〜３０％の間の値が、移動期間における振動振幅にとって有利であるということが実証されている。通常、振動振幅Ａは、最適な超音波加工が行えるような大きさに設定される。振動振幅がそれより大きいと、長尺材が損傷したり、及び／又はソノトロード又はカウンターツールの摩耗が増加したりする。振動振幅がそれより小さい場合には、信頼性の高い加工ができなくなる。したがって、振動振幅Ｂは、長尺材への更なる加工が行われない程度に、振動振幅Ａと比較して可能な限り小さくする必要がある。
更なる好ましい一実施形態において、ソノトロードとして円筒状のシール面をもつ回転式ソノトロードを使用し、加工期間中及び移動期間中の両方おいて、ソノトロードを、回転軸を中心に回転させる。別の構成として、又は組み合わせることによって、円筒状のシール面をもつ回転式カウンターツールとしてカウンターツールを使用してもよく、カウンターツールは、加工期間中及び移動期間中の両方において、回転軸を中心に回転する。
したがって、ウェブは、円筒状のシール面を走行し離れていく。よって、回転式ソノトロード及び／又はカウンターツールの周速度は、加工対象の長尺材のウェブ速度にほぼ一致する。
更なる好ましい一実施形態において、回転式ソノトロード又は回転式カウンターツールの回転角を検出し、検出した回転角によって、加工期間及び／又は移動期間の開始と終了を判定する。
この測定によって、長尺材は実質的にどのようにでも加工することができる。例えば、材料の定義された長さの一部が加工対象で、材料のそれに先行する部分及び続く部分が加工対象ではない場合、加工期間の始めに回転式ソノトロードの角度位置を登録し、加工中に角度位置の変化を検出する。このようにして求めた回転角を３６０°で除算しこれに２×π×ｒ（ｒ＝円筒状のシール面の半径）を乗算することによって長尺材の加工された長さを求めることができる。所望の長さに達するとすぐに移動期間へと切り替えることが可能である。
更なる好ましい一実施形態では、溶着期間において、ソノトロード又はカウンターツールを長尺材に対して所定の力ＦAで押圧する。加工中に長尺材に一定の力を加えると溶着結果が改善されることが分かっている。
待機期間中にソノトロード又はカウンターツールを力ＦAより小さい所定の力ＦBで長尺材に対して押圧するとより好ましい。
したがって、待機期間においてソノトロード又はカウンターツールを長尺材に押圧する力を、溶着期間中にソノトロード又はカウンターツールを長尺材に押圧する力に比べて小さくする。
よって、移動期間は、ソノトロードが振動振幅Ｂで振動する期間である。
加工期間は、ソノトロードが振動振幅Ａで振動する期間である。
待機期間は、ソノトロード又はカウンターツールを長尺材に力ＦBで押圧する期間である。
溶着期間は、ソノトロード又はカウンターツールを長尺材に力ＦAで押圧する期間である。
基本的に、溶着期間が加工期間に一致し、待機期間が移動期間に一致してよい。
しかし、溶着期間が加工期間より短いのが最も好ましいことが分かっている。溶着期間は、加工期間内にあることが好ましく、したがって、加工期間を溶着期間の前に開始し、溶着期間を、加工期間を終了する前に終了することが好ましい。
つまり、長尺材の加工を行う場合、超音波振動の振動振幅を増加させ、次いでソノトロード又はカウンターツールを長尺材に押圧する力を大きくする。
更なる好ましい一実施形態においては、ソノトロードの超音波振動の振動振幅を振動振幅Ｂから振動振幅Ａに連続的又は段階的に増加させる傾斜期間を移動期間と加工期間との間に設ける。これは、オーバーシュートの影響を発生させずに振動振幅を急峻に大きくすることが常に可能であるとは限らないことが分かっているからである。振動振幅は状況に応じて制御される発振器で発生させるため、振動振幅のこの急峻な変化を実現するには困難を伴い、その結果、特定の状況下では振動振幅の増加が急激になりすぎる場合があり、所望の振動振幅が安定して得られるまでにある程度の時間を必要とする。
したがって、振動振幅の調整精度を向上させるために、振動振幅を連続的に又は段階的に増加させると有利である。
更なる好ましい一実施形態において、加工期間、移動期間、及び傾斜期間において、長尺材を一定ウェブ速度ｖでソノトロードとカウンターツールとの間を通して移動させ、傾斜期間の長さを、傾斜期間において、０．５〜１０ｃｍの範囲の、好ましくは、１〜５ｃｍの範囲の長尺材がソノトロードとカウンターツールとの間を通って移動するように選択する。
本発明の更なる利点、特徴、及び可能な用途は、以下の好ましい実施形態の説明及び関連図面から明らかになる。
［図１］ 図１は、本方法を実行するための装置を示す概略図である。
［図２］ 図２は、振動振幅及び力の時間変化を示す概略図である。
図１は、長尺材に間欠超音波加工方法を実行する装置の概略図である。長尺材１は、ソノトロード２とカウンターツール３との間を通り、矢印の方向に移動する。本実施形態では、ソノトロード２及びカウンターツール３の両方がローラ状に構成されている。ソノトロード２は、力Ｆでカウンターツール３の方向に押圧され、それによって、長尺材１は、ソノトロード２とカウンターツール３との間で圧縮力を受ける。
ソノトロード２が、適切な溶着力ＦAで長尺材に押圧され、ソノトロードが適切な振動振幅Ａで振動する場合に長尺材１の加工が行われる。
しかし、長尺材１の全長を加工する必要がなく、その一部のみに加工が必要な場合がある。
よって、本発明では、加工を行わない場合、ソノトロードの超音波振動の振動振幅を常に低減する。長尺材がソノトロードとカウンターツールとの間を通って移動し続ける間、超音波振動の振動振幅が低減されていることによって、加工は行われない。
これを、図２に概略的に示す。図中、振動振幅（実線）及びソノトロードをカウンターツール方向に押す溶着力（点線）を任意の単位で示している。期間Ｉにおいて、振動振幅が値Ａとなり、ソノトロードをカウンターツールの方向に動かす力が値ＦAとなることがわかる。実際の加工は、期間Ｉで行われる。したがって、本例では、期間Ｉが、加工期間及び溶着期間の両方に対応する。既に上述したように、加工期間と溶着期間は、必ずしも同じである必要はない。
加工期間Ｉの前後、移動期間ＩＩにおいて、振動振幅が値Ｂまで減少するとともに、ソノトロードをカウンターツールに向けて押圧する力が値ＦBまで減少する。
移動期間ＩＩの間、加工は行われない。ここでは、振動振幅が連続的に増加又は減少する傾斜期間ＩＩＩが、移動期間ＩＩと加工期間Ｉとの間に描かれている。ここに示す例では、振動振幅が傾斜期間において直線的に変化しているが、例えば、振動振幅が段階的に増加又は減少する等、非直線的な変化であってもよい。
図中では、力が力ＦBから力ＦAに急峻に増加し、力ＦAから力ＦBに急峻に減少しているが、通常、これを完全に実現する必要はない。通常、詳細にみると、力も急峻にではなく、徐々に変化する。
説明した実施形態では、ソノトロード２のみを、超音波振動で励振している。しかし、別の形態として、第２のソノトロードをカウンターツールとして使用してもよく、この場合、長尺材は、２つのソノトロードの間を通る。この場合、移動期間において、２つのソノトロードの内、少なくとも１つの超音波振動の振動振幅を小さくする必要があるが、両方のソノトロードの振動振幅を小さくするのが最も好ましい。
１ 長尺材
２ ソノトロード
３ カウンターツール
Ａ 振動振幅
Ｆ 力
ＦA 溶着力
Ｉ 加工期間
ＩＩ 移動期間
ＩＩＩ 傾斜期間

Claims (11)

  1. 長尺材をソノトロードとカウンターツールとの間を通して移動させ、前記長尺材を間欠的に加工する長尺材の間欠超音波加工方法であって、
    加工期間において前記ソノトロードを振動振幅Ａの超音波振動で励振し、移動期間において前記ソノトロードを振動振幅Ｂで励振し、但しＢ＜Ａであり、
    前記加工期間中及び前記移動期間中において、前記長尺材が前記ソノトロード及び前記カウンターツールの両方に接触していることを特徴とする方法。
  2. 前記振動振幅ＢがＢ＞０であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記移動期間における前記振動振幅Ｂが、前記加工期間における前記振動振幅Ａの１０％〜３０％の間であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ソノトロードとして円筒状のシール面をもつ回転式ソノトロードを選択し、前記加工期間中及び前記移動期間中の両方において、前記ソノトロードを、回転軸を中心に回転させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記回転式ソノトロードの回転角を検出し、検出した前記回転角によって、前記加工期間及び／又は前記移動期間の開始と終了を判定することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. 溶着期間において、前記ソノトロード又は前記カウンターツールを前記長尺材に所定の力ＦAで押圧することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 待機期間において、前記ソノトロード又は前記カウンターツールを前記長尺材に所定の力ＦBで押圧し、前記力ＦBがＦB＜ＦAであることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 前記溶着期間が前記加工期間より短いことを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
  9. 前記溶着期間が前記加工期間内にあり、前記加工期間を前記溶着期間の前に開始し、前記溶着期間を、好ましくは、前記加工期間を終了する前に終了することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記移動期間と前記加工期間との間に傾斜期間を設け、前記ソノトロードの前記超音波振動の振動振幅を前記振動振幅Ｂから前記振動振幅Ａまで、連続的、又は、段階的に増加させることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記加工期間、前記移動期間、及び前記傾斜期間において、前記長尺材を一定ウェブ速度ｖで前記ソノトロードと前記カウンターツールとの間を通して移動させ、前記傾斜期間の長さを、前記傾斜期間において、０．５〜１０ｃｍの範囲の、好ましくは、１〜５ｃｍの範囲の前記長尺材が前記ソノトロードと前記カウンターツールとの間を通って移動するように選択することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
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