JP3204174B2 - 超音波溶着溶断装置 - Google Patents

超音波溶着溶断装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィルムや不織布
等からなるシート材料を、超音波が伝達される工具ホー
ンと加工ローラとの間に挟むことにより、シート材料を
溶着または溶断する超音波溶着溶断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の超音波溶着溶断装置の一例とし
て、特公昭62−8296号公報に記載された装置があ
る。この装置においては、シート材料を送りながら、工
具ホーン及び加工ローラによりシート材料を溶着または
溶断することにより、加工形状として、シート材料の送
り方向に沿った加工直線を得ることができる。また、シ
ート材料を停止させた状態で、工具ホーン及び加工ロー
ラをシート材料の送り方向と直交する方向へ移動させる
ことにより、加工形状として、シート材料の送り方向と
直交する方向に沿った加工直線を得ることができる。
【0003】しかし、上記従来構成においては、シート
材料を溶着または溶断する際に曲線状の加工形状を、即
ち加工曲線を得たい場合であっても、加工直線しか得る
ことができなかった。
【0004】これに対して、シート材料を曲線加工でき
るように構成した装置の一例が特開平6−297608
号公報に記載されている。しかし、この装置において
は、加工ローラや工具ホーンの形状を、必要とする加工
曲線が得られるような特殊な形状にしている。そのた
め、加工曲線の種類に応じて加工ローラや工具ホーンの
形状を変える必要があり、多種類の加工ローラや工具ホ
ーンを用意しなければならなかった。また、用意されて
いる加工ローラや工具ホーンに対応する種類の加工曲線
しか得ることができないため、使用者が所望する任意の
加工形状を得ることができない場合があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
上記課題を解決する超音波溶着溶断装置として、加工形
状が直線状或いは曲線状のいずれであっても、使用者の
所望する任意の加工形状を得ることができる超音波溶着
溶断装置を発明した。この発明は、本出願人により先に
出願されており(特願平9−81032号)、未公開で
ある。
【0006】上記超音波溶着溶断装置の構成を図6ない
し図8を参照して説明する。まず、図6及び図7におい
て、超音波溶着溶断装置1は、本体フレーム2内にシー
ト材料3を挟んで下側に配設された工具ホーン4及び超
音波振動子5と、上側に配設された加工ローラ6とを備
えて構成されている。
【0007】シート材料3は、図示しないシート材料供
給装置から超音波溶着溶断装置1へ供給され、ローラ
7、8、9により、水平方向(図7中左右方向)に移送
されるように構成されている。この場合、図7中右側の
ローラ8、9のうち下側のローラ8はローラ駆動モータ
10により回転駆動されるように構成されており、この
モータ10が正逆回転駆動されることによりシート材料
3は右方或いは左方のいずれかの方向へ送り出されるよ
うに構成されている。
【0008】工具ホーン4及び超音波振動子5は連結部
材11a,11bを介して連結され、超音波振動子5に
て発生された超音波振動が工具ホーン4へ伝達される構
成となっている。また、工具ホーン4の上部には、図8
に示すように、周壁部がある程度肉厚な形状の円筒状部
4aが設けられている。そして、工具ホーン4及び超音
波振動子5は、工具ホーン回転モータ12により回転駆
動される構成となっている。
【0009】さらに、工具ホーン4及び超音波振動子5
は、第1の可動部材13に設けられている。この第1の
可動部材13は、本体フレーム2の側板2a、2b間に
配設されたボールねじ14及びボールガイド15を介し
て図6中左右方向へ往復移動されるように構成されてい
る。そして、ボールねじ14のねじ棒14aは、右側板
2aの右側面に配設された工具ホーン送りモータ16に
より正逆回転駆動され、その回転方向に対応して第1の
可動部材13ひいては工具ホーン4が図6中左方または
右方へ移動されるように構成されている。
【0010】一方、加工ローラ6は、ローラ支持部材1
7に軸18を介して回転可能に設けられており、加工ロ
ーラ回転モータ19によりベルト伝達機構19aを介し
て回転駆動されるように構成されている。また、加工ロ
ーラ6,ローラ支持部材17,加工ローラ回転モータ1
9から構成される加工ローラユニット20は、コ字状を
なす支持部材22の側壁部22a,22a間に配設され
ている。加工ローラユニット20の上部には昇降シリン
ダ21が配設されており、この昇降シリンダ21のロッ
ド21aの下端部に、前記ローラ支持部材17が取付け
られている。これにより、ロッド21aの伸縮に応じて
ローラ支持部材17、即ち加工ローラ6が昇降するよう
に構成されている。
【0011】さらに、支持部材22は、この上壁部22
bに連結された旋回軸23を介して第2の可動部材24
に回転可能に取付けられている。この第2の可動部材2
4は、本体フレーム2の側板2a、2b間に配設された
ボールねじ26及びボールガイド27を介して図6中左
右方向へ往復移動されるように構成されている。そし
て、ボールねじ26のねじ棒26aは、右側板2aの右
側面に配設された加工ローラ送りモータ28により正逆
回転駆動され、その回転方向に対応して第2の可動部材
24ひいては加工ローラ6が、図8中左方または右方へ
移動されるように構成されている。
【0012】また、第2の可動部材24の上面には、加
工ローラ旋回モータ25が配設されており、このモータ
25の回転力は、ベルト伝達機構25aを介して旋回軸
23に伝達されるように構成されている。
【0013】そして、上記第1の可動部材13及び第2
の可動部材24を適宜移動させることにより、図8に示
すように、工具ホーン4の円筒状部4aの上端面部4b
上に加工ローラ6が載置されるように構成されている。
これにより、工具ホーン4と加工ローラ6との間にシー
ト材料3を挟むことが可能な構成となっている。そし
て、工具ホーン4と加工ローラ6とは、シート材料3を
挟んだ状態で回転しながら加工を行う構成となってお
り、以て、工具ホーン4が摩耗し難い構成となってい
る。
【0014】このとき、加工ローラ6の旋回軸23の軸
心(即ち旋回中心C)と、前記工具ホーン4の軸心(即
ち、回転中心)とが一致するように構成されている。こ
れにより、加工ローラ6は、工具ホーン4の軸心を中心
としてその回りに旋回される構成となっており、加工ロ
ーラ6を旋回させた時、加工ローラ6は、常に、工具ホ
ーン4の上端面部4b上に載置される構成となってい
る。
【0015】このような構成の超音波溶着溶断装置1
は、例えばマイクロコンピュータを主体とする制御手段
によりその運転全般が制御される構成となっている。そ
して、上記制御手段は外部から加工形状が指令される
と、この指令された加工形状に基づいて、工具ホーン4
及び加工ローラ6によりシート材料3を溶着または溶断
する加工速度、旋回軸23即ち加工ローラ6の旋回角度
を設定する。すると、制御手段は、各モータ10,1
2,16,19,25,28を通電駆動して、前記旋回
角度となるように加工ローラ6を旋回させると共に、前
記加工速度となるように工具ホーン4や加工ローラ6を
回転させたり、工具ホーン4や加工ローラ6を移動させ
るように構成されている。
【0016】ところで、上記超音波溶着溶断装置1にお
いては、加工ローラ6は、旋回軸23の軸心Cを中心と
して旋回する構成となっている。そのため、加工ローラ
6の旋回角度を変更すると、工具ホーン4の円筒状部4
aの上端面部4b上における加工ローラ6の載置位置
(即ち、工具ホーン4の上端面部4bと加工ローラ6と
の接触部の位置)が移動する。ここで、シート材料3に
形成される加工形状(加工軌跡)P1は、工具ホーン4
の上端面部4bと加工ローラ6との接触部の軌跡であ
る。また、加工形状P1が与えられると、加工ローラ6
の旋回角度θは加工ローラ6の回転方向に応じて決ま
る。
【0017】従って、例えば加工形状がジグザグ状であ
る場合、加工形状が折曲がって不連続となっている点
(即ち、その前後で加工ローラ6の旋回角度が異なる
点)で加工ローラ6の旋回角度を変更する必要がある。
ここで、加工ローラ6の旋回角度を変更するには、加工
ローラ6を旋回させなければならないため、上記旋回角
度の変更時に、工具ホーン4の上端面部4bと加工ロー
ラ6との接触部の位置が移動して前記不連続点からずれ
てしまう。
【0018】そこで、上記超音波溶着溶断装置1におい
ては、不連続点で加工ローラ6の旋回角度を変更したこ
とに伴いずれた接触部の位置を元に戻すために、加工ロ
ーラ6及び工具ホーン4を移動させたり、シート材料3
を正逆方向に布送りさせたりしなければならない。
【0019】このとき、シート材料3を逆方向に布送り
させる場合、その距離が長いときにはシート材料3がた
るんだり、また、溶断加工を行っている場合にはシート
材料3が切れるいわゆる布切れが発生するおそれがあ
る。そのため、不連続点において加工ローラ6の旋回角
度を変更しても、シート材料3を逆送りする距離をでき
るだけ小さくすることが望ましい。
【0020】ところが、上記先願の超音波溶着溶断装置
1においては、加工ローラ6は一方向にのみ回転可能な
構成となっているため、加工形状が決まると加工ローラ
6の旋回角度も決まる。このため、先願の構成では、加
工形状の不連続点において加工ローラ6の旋回角度を変
更した場合に、シート材料3を逆送りする距離が大きく
なってしまう場合があり、さらなる改良が望まれてい
た。
【0021】そこで、本発明の目的は、不連続点を含む
加工形状をシート材料に形成する場合であっても、シー
ト材料のたるみや布切れを極力防止することができる超
音波溶着溶断装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の超音
波溶着溶断装置は、シート材料を、超音波が伝達される
工具ホーンと加工ローラとの間に挟むことにより、前記
シート材料を溶着または溶断する加工を行うものにおい
て、前記シート材料を送り出すシート送り手段と、前記
工具ホーンを前記シート材料の送り方向と交わる方向へ
往復移動させるホーン移動駆動手段と、前記加工ローラ
を回転させるローラ回転駆動手段と、前記加工ローラを
前記工具ホーンの移動方向と同じ方向へ往復移動させる
ローラ移動駆動手段と、前記加工ローラを旋回させるロ
ーラ旋回駆動手段と、前記シート送り手段、前記ホーン
移動駆動手段、前記ローラ回転駆動手段、前記ローラ移
動駆動手段及び前記ローラ旋回駆動手段を駆動制御する
制御手段とを備え、前記ローラ回転駆動手段を、前記加
工ローラを正逆回転可能な構成としたところに特徴を有
する。
【0023】上記構成によれば、制御手段によって各駆
動手段を適宜駆動制御することにより、シート材料を送
り出しながら、加工ローラ及び工具ホーンをシート材料
の送り方向と交わる方向へ往復移動させることが可能と
なる。この場合、シート材料の送り速度や、加工ローラ
の移動速度並びにその移動方向等をいろいろ調節するこ
とにより、シート材料の加工形状として、シート材料の
送り方向に対して斜め方向の加工直線や、加工曲線を得
ることができる。特に、上記構成では、加工ローラを正
逆回転することができるので、加工形状に応じて適宜加
工ローラの回転方向を変更することにより、加工ローラ
の旋回動作を極力少なくすることが可能となる。
【0024】そして、上記構成の場合、制御手段は、加
工形状が不連続となっている点を加工ローラが通過する
ときに、その不連続点の前後で前記加工ローラの回転方
向を反転させるようにローラ駆動手段を駆動制御するよ
うに構成すると良い(請求項2)。
【0025】加工形状が不連続となっている点の前後で
は、加工ローラの旋回角度が異なるために、加工ローラ
の旋回角度を変更する必要がある。このとき、不連続点
の前後で加工ローラの回転方向を反転することにより、
不連続点で加工ローラの旋回角度を変更した場合にシー
ト材料を逆送りする距離をできるだけ小さくしてシート
材料のたるみや布切れを防止したり、或いは、不連続点
で加工ローラの旋回角度を変更しなくても済むようにす
ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図1ないし図5を参照しながら説明する。尚、本実施例
に係る超音波溶着溶断装置は、図6及び図7に示す超音
波溶着溶断装置1と略同一構成であるため、同一部分に
ついては同一符号を付し、異なるところを説明する。
【0027】まず、図2及び図3は、本実施例に係る超
音波溶着溶断装置30と、この超音波溶着溶断装置30
へシート材料3を供給するためのシート材料供給装置3
1の概略構成を示している。シート材料3は、例えば2
枚の不織布32a、33aを重ねたものであり、これら
不織布は、シート材料供給装置31の図2中左方部に回
転可能に配設された2個のロール32、33にそれぞれ
巻回されている。2個のロール32、33の図2中右方
には、案内ローラ34、35が回転可能に設けられてい
る。これら案内ローラ34、35により、2個のローラ
32、33から導出された2枚の不織布32a、33a
が重ねられると共に、右方へ案内されて、超音波溶着溶
断装置30のローラ7へ供給されるように構成されてい
る。
【0028】尚、上記不織布32a、33aは、例えば
ナイロンやポリエステルやポリプロピレン等の合成樹脂
により形成されたものである。また、シート材料3とし
ては、上記不織布32a、33aに限られるものではな
く、合成樹脂製のフィルム、化学繊維製の布を用いても
良いし、ガラス繊維(グラスファイバ)からなる布を用
いても良い。更に、シート材料3として、上記した各種
の布やフィルム等を3枚以上重ねたものを使用しても良
い。更にまた、溶断だけの加工を行う場合は、シート材
料3として、上記した各種の布やフィルムなどを1枚だ
け使用するものを用いても良い。
【0029】また、図1は超音波溶着溶断装置30の電
気的構成を機能ブロックの組み合わせにて示す図であ
る。この図1において、制御手段としてのコントローラ
36は、例えばマイクロコンピュータを主とした回路か
ら構成されている。マイクロコンピュータは周知のCP
U、RAM、ROMを備えており、ROMには超音波溶
着溶断装置1の運転全般を制御する機能を実現する制御
プログラムが格納されている。
【0030】上記コントローラ36は、布送り速度検出
センサ37、布基準検出センサ38、加工ローラ原点検
出センサ39、Z上端検出センサ40、Z下端検出セン
サ41、布テンション検出センサ42からの各検出信号
を受けるように構成されている。上記布送り速度検出セ
ンサ37は、図2に示すように、ローラ8の上に載せら
れたシート材料3の上方に設けられ、シート材料3の送
り速度を検出するセンサである。Z上端検出センサ40
は、図2に示すように配設され、加工ローラ6の上死点
を検出するセンサである。Z下端検出センサ41は、図
2に示すように配設され、加工ローラ6の下死点を検出
するセンサである。また、図3に示すように、布基準検
出センサ38はシート材料3の上辺部側に設けられ、シ
ート材料3の基準位置を検出するセンサである。また、
加工ローラ原点検出センサ39は、図3に示すように配
設され、加工ローラ6の原点を検出するセンサである。
さらに、布テンション検出センサ42は、図3に示すよ
うに配設され、シート材料3のテンションを検出するセ
ンサである。また、コントローラ36は、操作パネル4
3に設けられた各種の操作スイッチからの各操作信号を
受けるように構成されている。
【0031】一方、コントローラ36は、各モータなど
の駆動手段を通電制御するように構成されている。ここ
で、各モータは、例えばACサーボモータから構成され
ている。即ち、コントローラ36は、加工ローラ旋回モ
ータ25、加工ローラ回転モータ61、加工ローラ送り
モータ28をサーボドライバ44、45、46を介して
通電制御するように構成されている。そして、コントロ
ーラ36は、昇降シリンダ21を通電制御するように構
成されている。
【0032】また、コントローラ36は、工具ホーン回
転モータ62、工具ホーン送りモータ16をサーボドラ
イバ47、48を介して通電制御すると共に、超音波振
動子5を発振器49により超音波振動させるように構成
されている。更に、コントローラ36は、ローラ駆動モ
ータ10をサーボドライバ50を介して通電制御すると
共に、布テンション付与装置51を通電制御するように
構成されている。
【0033】上記布テンション付与装置51は、シート
材料3に所望のテンションを付与する装置である。ま
た、上記各モータはロータリエンコーダを内蔵してお
り、これらロータリエンコーダからの信号を各サーボド
ライバに与えるように構成されている。これにより、コ
ントローラ36は、上記各モータの回転数(回転角度)
を高精度にフィードバック制御できるように構成されて
いる。
【0034】さて、本実施例の超音波溶着溶断装置30
においては、上記加工ローラ回転モータ61及び工具ホ
ーン回転モータ62の構成が、前記先願の超音波溶着溶
断装置1(図6及び図7参照)の構成と異なっている。
即ち、本実施例においては、加工ローラ回転モータ61
及び工具ホーン回転モータ62は正逆回転可能に構成さ
れている。従って、加工ローラ回転モータ61が正逆回
転駆動されることにより、加工ローラ6が正逆回転駆動
される。また、工具ホーン回転モータ62が正逆回転駆
動されることにより、工具ホーン4が正逆回転駆動され
るように構成されている。
【0035】更に、コントローラ36は、シート材料3
に形成される加工形状が不連続となっている点を工具ホ
ーン4及び加工ローラ6が通過するとき、その不連続点
の前後で工具ホーン4及び加工ローラ6の回転方向を適
宜反転させるように工具ホーン回転モータ62及び加工
ローラ回転モータ61を通電制御するように構成されて
いる。
【0036】次に、上記超音波溶着溶断装置1の加工動
作について、図4及び図5並びに図8も参照して説明す
る。ここでは、外部から加工形状が与えられたとき、コ
ントローラ36は、その加工形状と加工ローラ6の旋回
半径とに基づいて加工速度、加工ローラ6の旋回角度、
シート材料3の送り速度、工具ホーン4の回転速度、工
具ホーン4の移動速度、加工ローラ6の回転速度、加工
ローラ6の移動速度、加工ローラ6の旋回軸23の移動
速度を求め、この求められた各速度となるように各モー
タを通電制御している。また、コントローラ36は、加
工形状に不連続点が含まれる場合には、その不連続点の
前後で工具ホーン4及び加工ローラ6の回転方向を反転
させるように制御している。
【0037】まず、図8を参照して、コントローラ36
が、加工形状と加工ローラ6の旋回半径とに基づいて、
上記各速度及び加工ローラ6の旋回角度を求める制御の
内容について説明する。図8に示すように、加工ローラ
6は、旋回軸23の軸心を中心に旋回される構成となっ
ているため、シート材料3の溶着または溶断の加工軌跡
(即ち、加工形状)P1と、加工ローラ6の旋回軸23
の移動軌跡Pとの間には、加工ローラ6の旋回半径分の
ずれがある。そのため、コントローラ36は、まず、加
工形状と旋回半径に基づいて旋回軸23の移動軌跡Pを
求める。
【0038】このとき、加工ローラ6の旋回角度をθ、
加工ローラ6の旋回半径をRとすると、加工軌跡の任意
の点(x,y)に対して、加工ローラ6の旋回軸23の
位置(x´,y´)は次の式で表される。尚、この場
合、x軸はシート材料3の送り方向に沿う方向であり、
y軸はシート材料3の送り方向に直交する方向である。 x´=x−R×sinθ ………(1) y´=y+R×cosθ ………(2) そして、コントローラ36は、外部から加工形状及び加
工ローラ6の旋回半径が与えられると、上記式(1)及
び(2)に基づいて加工ローラ6の旋回軸23の移動軌
跡を求める。ここで、加工ローラ6は正逆回転可能に構
成されていることから、加工形状に対応する加工ローラ
6の旋回角度θとして、加工ローラ6の回転方向に対応
する2種類の角度が存在する。このため、コントローラ
36は、加工形状が与えられると、加工ローラ6の回転
方向に基づいて旋回角度θを設定し、この旋回角度θに
基づいて旋回軸23の移動軌跡を求めるように構成され
ている。
【0039】尚、外部から加工形状(即ち、加工軌跡)
をコントローラ36に指令する方法としては、例えば加
工形状を特定する加工データ(例えば加工軌跡を表現す
る式や加工軌跡を表現するベクトルデータ等のデータ)
をコントローラ36に入力するように構成すれば良い。
そして、上記加工データは、パソコン等を用いて適宜作
成することが好ましい。
【0040】この後、コントローラ36は、上記求めた
旋回軸23の移動軌跡に基づいて加工ローラ6の旋回軸
23の移動速度、工具ホーン4(の軸心)の移動速度を
演算により求めて設定する。また、コントローラ36
は、上記与えられた加工軌跡から加工速度及び旋回角度
を演算等により求めて設定し、更に、この求めた加工速
度及び旋回角度に基づいてシート材料3の送り速度、工
具ホーン4の回転速度、加工ローラ6の回転速度を演算
により求めて設定するように構成されている。
【0041】そして、コントローラ36は、加工ローラ
旋回モータ25を通電駆動することにより、求められた
旋回角度となるように加工ローラ6を旋回させる。続い
て、コントローラ36は、上記したように算出したシー
ト材料3の送り速度、工具ホーン18の回転速度、工具
ホーン18の移動速度、加工ローラ6の回転速度、加工
ローラ6の旋回軸23の移動速度となるように、ローラ
駆動モータ10、工具ホーン回転モータ62、工具ホー
ン送りモータ16、加工ローラ回転モータ61、加工ロ
ーラ送りモータ28を通電駆動する。
【0042】この場合、工具ホーン4の移動速度と、加
工ローラ6の旋回軸23の移動速度とは同じ速度であ
り、工具ホーン4及び加工ローラ6の旋回軸23は同一
方向に同一速度で移動するように構成されている。
【0043】そして、超音波溶着溶断装置30が上述し
たように運転制御されると、シート材料3には与えられ
た加工形状(即ち、加工軌跡)P1が形成されるように
なる。この場合、加工が例えば溶断であれば、上記加工
曲線P1は溶断曲線(即ち、溶断軌跡)となる。
【0044】次に、種々の加工形状が指令されたとき
に、コントローラ36において、加工速度、旋回角度、
シート材料3の送り速度、工具ホーン4の回転速度、工
具ホーン4の移動速度、加工ローラ6の回転速度、加工
ローラ6の移動速度、加工ローラ6の旋回軸23の移動
速度を求める具体的な制御、並びに工具ホーン4及び加
工ローラ6が不連続点を通過するときの具体的な制御の
例を説明する。
【0045】ここで、加工速度をv、加工ローラ6の旋
回角度をθ、シート材料7の送り速度をJ6v、工具ホ
ーン18の回転速度をJ4v、工具ホーン18の移動速
度をJ5v、加工ローラ6の回転速度をJ1v、加工ロ
ーラ6の移動速度をJ3v、加工ローラ6の旋回軸23
の移動速度をJ2vとする。
【0046】また、コントローラ36は、加工が開始さ
れると、まず、工具ホーン4及び加工ローラ6が正回転
するように工具ホーン回転モータ62及び加工ローラ回
転モータ61を正回転駆動する。そして、その後、不連
続点を通過する毎に順次、工具ホーン4及び加工ローラ
6が反転するように前記モータ62及び61を通電制御
するものとする。ここで、加工ローラ6を旋回軸23側
からみたときの反時計回り方向の回転を正回転とし、時
計回り方向の回転を逆回転とする。
【0047】図4に示す例1は、加工形状として例えば
シート材料3の送り方向に対して角度θ1の加工直線L
1及び角度(π−θ1)の加工直線L2が繰り返された
ジグザグ状の加工形状を得る場合の例である。この場
合、加工直線L1と加工直線L2との折り返し点が不連
続点(図4中、G1,G2にて示す)である。そして、
この場合、シート材料3の送り速度J6vをω(mm/
sec)とし、時間をt(sec)とする。また、図4
中、λ(mm)は上記加工直線L1及びL2のシート材
料3の送り方向の長さ、a(mm)はシート材料3の送
り方向と直交する方向の長さ(幅)である。
【0048】すると、コントローラ36は、加工形状L
1を形成する際は、加工ローラ6が正回転されることか
ら、上記した各速度及び加工ローラ6の旋回角度θを次
の式で求めるように構成されている。尚、加工ローラ6
の移動位置をJ3、加工ローラ6の旋回軸23の移動位
置をJ2とする。
【0049】J3=ω×t×tanθ1 J2=(ω×t+R×sinθ)×tanθ1+R×c
osθ J3v=ω×tanθ1 J2v=ω×tanθ1(=J5v) J6v=ω
【数1】 J1v=v/D1×π J4v=v/2×R×π 従って、この加工ローラ6の回転速度J1v及び工具ホ
ーン4の回転速度J4vは次のように表される。
【0050】
【数2】
【数3】 θ=arctan(J3v/ω)×360/2/π 尚、上記式から、加工ローラ6の旋回角度θは、加工直
線L1の角度θ1と等しくなる。
【0051】一方、加工形状L2については、加工ロー
ラ6が反転、即ち逆回転することから、コントローラ3
6は、上記した各速度及び加工ローラ6の旋回角度θを
次の式で求める。
【0052】J3=ω×t×tan(π−θ1) J2=(ω×t+R×sinθ)×tan(π−θ1)
+R×cosθ J3v=ω×tan(π−θ1) J2v=ω×tan(π−θ1) J6v=ω
【数4】 J1v=−v/D1×π J4v=−v/2×R×π 従って、この加工ローラ6の回転速度J1v及び工具ホ
ーン4の回転速度J4vは次のように表される。
【0053】
【数5】
【数6】 θ=arctan(J3v/ω)×360/2/π 尚、上記J3,J2の単位は(mm)、J3v,J2
v,J6vの単位は(mm/sec)、上記vの単位は
(mm/sec)、上記J1v,J4vの単位は(1/
sec)、上記θの単位は度である。
【0054】また、この場合、加工ローラ6の旋回角度
θは、加工直線L2の角度(π−θ1)と等しくなる。
そして、このとき、上記したように、加工直線L1につ
いての加工ローラの旋回角度はθ1であることから、不
連続点G1においては、超音波溶着溶断装置30は次の
ように運転制御される。
【0055】即ち、コントローラ36は、加工ローラ6
及び工具ホーン4が不連続点G1に到達すると、昇降シ
リンダ21を通電制御することにより加工ローラ6を上
昇させる。続いて、加工ローラ旋回モータ25を通電駆
動することにより加工ローラ6を旋回し、旋回角度を
(π−θ1)に変更する。
【0056】次に、コントローラ36は、加工ローラ6
を旋回したことにより移動した加工ローラ6と工具ホー
ン4の上端面部4bとの接触部の位置を不連続点G1に
戻す。具体的には、加工ローラ送りモータ28及び工具
ホーン送りモータ16を通電駆動(逆転駆動)すること
により加工ローラ6及び工具ホーン4を距離として(2
×R×cos(π−θ1))だけ図5中右方へ移動させ
る。そして、昇降シリンダ21を通電制御することによ
り加工ローラ6を加工させて、再び、加工動作を実行す
る。尚、加工直線L2と別の加工直線L1との不連続点
G2においても、超音波溶着溶断装置30は上記したよ
うに運転制御されるため、その説明は省略する。
【0057】また、図5に示す例2は、加工形状として
例えば、
【数7】 で表現される加工曲線が繰り返された加工形状を得る場
合の例である。この場合、加工曲線の繰り返し点が不連
続点(図5中、G3にて示す)である。尚、ここでは、
加工ローラが不連続点G3を通過前に形成される加工曲
線をC1とし、不連続点G3を通過後に形成される加工
曲線をC2とする。
【0058】そして、このとき、x(ωt)軸はシート
材料3の送り方向に沿う方向であり、y軸はシート材料
3の送り方向と直交する方向である。また、λは上記加
工曲線C1及びC2の周期、即ち直径(mm)である。
更に、シート材料3の送り速度J6vをω(mm/se
c)とし、時間をt(sec)とする。尚、単位等は例
1の場合と同じである。
【0059】すると、コントローラ36は、加工曲線C
1を形成する際は加工ローラ6が正回転することから、
上記した各速度及び加工ローラ6の旋回角度θを次の式
で求めるように構成されている。尚、単位等は例1の場
合と同じである。
【0060】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】 J6v=ω
【数12】 J1v=v/(D1×π) J4v=v/(2×R×π) 従って、この加工ローラ6の回転速度J1v及び工具ホ
ーン4の回転速度J4vは次のように表される。
【0061】
【数13】
【数14】 θ=arctan(J3v/ω)×360/2/π 尚、上記式から、加工曲線C1の始点おける加工ローラ
6の旋回角度は270度となり、終点における加工ロー
ラ6の旋回角度θは90度となる。
【0062】一方、加工形状C2については、加工ロー
ラ6は逆回転することから、コントローラ36は、上記
した各速度及び加工ローラ6の旋回角度θを次の式で求
めるように構成されている。
【0063】
【数15】
【数16】
【数17】
【数18】 J6v=ω
【数19】 J1v=−v/(D1×π) J4v=−v/(2×R×π) 従って、この加工ローラ6の回転速度J1v及び工具ホ
ーン4の回転速度J4vは次のように表される。
【0064】
【数20】
【数21】 θ=arctan(J3v/ω)×360/2/π 尚、上記式から加工曲線C2の始点における加工ローラ
6の旋回角度θは270度となり、終点における旋回角
度θは90度となる。そして、このとき、上記したよう
に加工曲線C1の終点における加工ローラ6の旋回角度
θは270度であることから、不連続点G3において加
工ローラ6の旋回角度は変更されない。従って、コント
ローラ36は、不連続点G3を加工ローラ6と工具ホー
ン4(との接触部)が通過する際には、加工ローラ回転
モータ61及び工具ホーン回転モータ62の回転方向を
反転させ、再び、上記した式により算出した各速度とな
るように各モータ等を通電駆動して加工曲線C2を形成
する。
【0065】このような構成の本実施例によれば、加工
ローラ6及び工具ホーン4を正逆回転可能に構成すると
共に、コントローラ36は、シート材料3に形成される
加工形状が不連続となっている点を加工ローラ6及び工
具ホーン4が通過するときに、その不連続点の前後で加
工ローラ6及び工具ホーン4の回転方向を反転させるよ
うに構成した。そのため、不連続点で加工ローラ6の旋
回角度を変更しても(上記例1に示す場合)、旋回角度
を変更したことにより加工ローラ6及び工具ホーン4の
接触部が不連続点からずれた分を戻す作業を、シート材
料3の逆送りを行うことなく加工ローラ6及び工具ホー
ン4の移動だけで済ませることができる。そのため、不
連続点を含む加工形状をシート材料3に形成する場合で
も、シート材料3のたるみや布切れが生じることを極力
防止することができるので、超音波溶着溶断装置30の
加工性能が向上する。
【0066】また、不連続点の前後で加工ローラ6の回
転方向を反転させることにより、加工形状に不連続点が
含まれる場合であっても、その不連続点における加工ロ
ーラ6の旋回角度の変更作業を不要にすることができる
(上記例2に示す場合)。その結果、不連続点を通過す
る際に加工ローラ6と工具ホーン4との接触部の戻し作
業を不要にし得、作業時間の短縮化を図ることができ
る。
【0067】また、本実施例においては、加工開始時は
加工ローラ6及び工具ホーン4を正回転させ、不連続点
を通過する毎に、加工ローラ6及び工具ホーン4の回転
方向を反転させるように構成した。そして、外部から加
工形状を指令すると、コントローラ36は、その指令さ
れた加工形状や加工ローラ6の旋回半径、加工ローラ6
及び工具ホーン4の回転方向に基づいて旋回軸23の移
動軌跡や加工ローラ6の旋回軸23の移動速度J2v、
工具ホーン4の移動速度J5v、加工速度v、加工ロー
ラ6の旋回角度θ、シート材料3の送り速度J6v、加
工ローラ6の回転速度J1v、工具ホーン4の回転速度
J4vを設定するように構成した。従って、外部から加
工形状を指令するだけで、各速度を決めることができる
から、超音波溶着溶断装置1(のコントローラ36)の
操作性が良くなる。
【0068】尚、上記実施例においては、加工形状の不
連続点を加工ローラ6及び工具ホーン4の接触点が通過
する毎に、加工ローラ6及び工具ホーン4の回転方向を
反転させるように構成したが、これに限定されるもので
はない。例えば、不連続点において加工ローラ6の回転
方向を反転させずに加工ローラ6の旋回角度のみを変更
しても、シート材料3を逆送りさせないで済む場合に
は、不連続点において加工ローラ6の回転方向を反転さ
せない構成としても良い。また、例えば、不連続点にお
いて加工ローラ6の回転方向を反転させた場合と反転さ
せない場合の、加工ローラ6の旋回角度の変化や加工ロ
ーラ6(及び工具ホーン4)の移動距離、シート材料3
の送り寸法等を比較して、不連続点で加工ローラ6を反
転させるか否かを適宜決定するように構成することも可
能である。
【0069】尚、上記実施例においては、加工ローラ6
の旋回軸23と工具ホーン4の軸心とが一致するように
構成したが、工具ホーン4の上端面部4bに加工ローラ
6が載置されていれば、一致していなくても良い。
【0070】また、上記実施例では、コントローラ36
に対して加工形状を指令するように構成したが、これに
代えて、コントローラ36に対して外部から加工速度、
旋回角度を指令するように構成しても良い。
【0071】
【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、加工ローラを正逆回転可能なようにローラ駆動手段
を構成し、制御手段によってシート送り手段、ホーン回
転駆動手段、ホーン移動駆動手段、ローラ回転駆動手
段、ローラ移動駆動手段及びローラ旋回駆動手段を適宜
駆動制御するように構成したので、シート材料に形成さ
れる加工形状に応じて適宜、回転方向を変更することが
でき、特に、加工形状の不連続点の前後で、加工ローラ
の回転方向を反転させるように構成することにより、不
連続点で加工ローラの旋回角度を変更した場合に、シー
ト材料を逆送りする距離を極力小さく抑えて、シート材
料のたるみや布切れを極力防止したり、或いは、加工ロ
ーラの旋回角度の変更作業をなくして作業時間の短縮化
を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図
【図2】超音波溶着溶断装置及びシート材料供給装置の
概略側面図
【図3】超音波溶着溶断装置及びシート材料供給装置の
概略上面図
【図4】加工形状の一例
【図5】加工形状の他の例
【図6】超音波溶着溶断装置の正面図
【図7】超音波溶着溶断装置の縦断側面図
【図8】超音波溶着溶断装置の加工動作を説明するため
の図
【符号の説明】 2は本体フレーム、3はシート材料、4は工具ホーン、
5は超音波振動子、6は加工ローラ、10はローラ駆動
モータ(シート送り手段)、13は第1の可動部材、1
6は工具ホーン送りモータ(ホーン移動駆動手段)、2
1は昇降シリンダ、23は旋回軸、24は第2の可動部
材、25は加工ローラ旋回モータ(ローラ旋回駆動手
段)、28は加工ローラ送りモータ(ローラ移動駆動手
段)、30は超音波溶着溶断装置、32a、33aは不
織布(シート材料)、42は加工ローラユニット、36
はコントローラ(制御手段)、43は操作パネル、49
は発振器、61は加工ローラ回転モータ(ローラ回転駆
動手段)、62は工具ホーン回転モータ(ホーン回転駆
動手段)を示す。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 65/08 B26F 3/00 D06H 5/00 - 7/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート材料を、超音波が伝達される工具
    ホーンと加工ローラとの間に挟むことにより、前記シー
    ト材料を溶着または溶断する加工を行う超音波溶着溶断
    装置において、 前記シート材料を送り出すシート送り手段と、 前記工具ホーンを前記シート材料の送り方向と交わる方
    向へ往復移動させるホーン移動駆動手段と、 前記加工ローラを回転させるローラ回転駆動手段と、 前記加工ローラを前記工具ホーンの移動方向と同じ方向
    へ往復移動させるローラ移動駆動手段と、 前記加工ローラを旋回させるローラ旋回駆動手段と、 前記シート送り手段、前記ホーン移動駆動手段、前記ロ
    ーラ回転駆動手段、前記ローラ移動駆動手段及び前記ロ
    ーラ旋回駆動手段を駆動制御する制御手段とを備え、 前記ローラ回転駆動手段は、前記加工ローラを正逆回転
    可能な構成であることを特徴とする超音波溶着溶断装
    置。
  2. 【請求項2】 制御手段は、加工形状が不連続となって
    いる点を加工ローラが通過するときに、その不連続点の
    前後で前記加工ローラの回転方向を反転させるようにロ
    ーラ駆動手段を駆動制御することを特徴とする請求項1
    記載の超音波溶着溶断装置。
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