JP3988835B2 - 回転シールシステム - Google Patents

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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
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    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

本発明は、加工物の結合、シール、切断等のために、熱エネルギーを加工物にかける装置と方法に関する。より詳細には、本発明は、使い捨ておむつ、幼児トイレ訓練用パンツ、女性ケア製品、女性用ケアおよび失禁衣類等のような加工物に超音波エネルギーをかける装置と方法に関する。
熱可塑性物質を溶融し、エンボス加工しプラスチックを成形するために超音波周波数で発生した機械的振動を使用することは、既に確立されている工業上の方法である。この技術の基礎となる物理的原則は、本明細書に記載した発明に重要な関係があり、簡単に見直し検討する価値がある。
顕著な振動動作を得るために、ほとんどの超音波システムは、共鳴周波数のうちの一つで作動する。超音波発生器および超音波ホーンの双方は、同一周波数で共鳴するように設計されており、この場合、発生器によって発生した振動はホーンに伝達される。ホーンは、発生器と同一の周波数に調整されるので、振動発生器の強制的動作に呼応してホーンの長さに沿って拡張したり縮小したりする。
次いでホーンの自由面に発生した動作は、往復運動、すなわちホーンの表面に対し垂直な面において前後運動し、振幅が振動発生器の結晶に加えられた電圧によって決定される。増幅装置と位相変更装置を使用される一連の要素に組み入れることを含む、振動がホーンに伝達される前に発生器によって作られた振動を調整することが知られている。
共鳴超音波振動を連続処理に与える際に直面する１つの問題は、ホーンの幅に関する制限である。ホーンは、作業面に沿って主に収縮と拡張動作を行なうが、ホーンの幅が広くなれば、例えばその作業面がより長くなれば、一般的に、作業面の長さに沿った振動の振幅の変動がより大きくなる。従って、通常、連続ウェブにおいて加工物を加工するために超音波エネルギーを使用することは、２つの種類の方法に限定されてきた。
第１の種類の方法は、固定場所に配置された回転超音波ホーンが、ほぼ加工物の進行に沿ったラインにおいて加工物に沿った長手方向に、回転しているホーンを越えて、下側に位置するアンビルに対し超音波エネルギーを付与することである。この第１の種の方法が、バチュナーに付与された米国特許第３、２２２、２３５号に開示されている。
第２の種類の方法は、グルガッシュ他に付与された米国特許第３、９３９、０３３号とロング他に付与された同第３、７３３、２３８号のそれぞれに開示されているように、１つか２つ以上の静止平坦平面すなわち通常プランジャ式といわれる超音波ホーンが、ウェブの幅にわたって延びており、ウェブが静止ホーンと対応する下側のアンビルとの間を通るとき、ウェブの全部分または選択されたウェブ部分に超音波エネルギーを付与するようになっているものである。プランジャ式のホーンは動いてもよいということが示されているが、実際は、ホーンは静止してウェブをホーンの方に動かしてもよい。
第２の方法の第１の変更例、すなわちアベル他に付与された米国特許第４、７１３、１３２号では、回転するアンビルドラムのまわりに配置された固定軸のまわりを回転するように一連の平坦な平面ホーンを取り付け、ウェブ上の加工物に接触するか、またはしないように、ホーンを回転させることを教唆する。
第２の種類の第２の変更例において、モホニー他に付与された米国特許第４、６５０、５３０号では、回転ディスクの周縁のまわりに加工物のウェブを折り畳み、加工物がディスク上を回転するときに超音波ホーンとこれに対応するアンビルを加工物と整列させることを教唆する。ホーンとアンビルは、平坦な平面構造である。ホーンとアンビルは、ディスクとともに回転し、各加工物に対し、各組になったホーンとアンビルをディスク上の半径方向に延びる突出部間の自由空間の所定場所に動かすことによって、超音波システムが加工物上で作動する。従って、加工物を支持するディスクは超音波エネルギーの付与に関係せず、超音波ホーンの往復運動は、加工物を支持する回転ディスクの軸線の延長方向と同一方向に作動する。
平坦平面超音波ホーンに関する第２の問題は、ホーンの長さに沿って超音波エネルギーを均一に付与するためには、ホーンの作業面が、例えば正確にはアンビルの作業面と平行になるように、アンビルとホーンの間の空間がホーンの面に沿って２方向に整列されなければならないということである。特に、例えば、ホーンもしくはアンビルのいずれか、または双方の回転のように、例えば超音波振動以外にホーンまたはアンビルが連続して動いている場合には、このような正確な整列が動的な問題となり、定常的に監視し、ホーンとアンビルの間の空間を繰り返し調整することが必要とされる。
本発明は、これらの問題を解決するものである。本発明の目的は、独立請求項１および３９に従ったエネルギーシステムにより解決され、さらに独立請求項２５と３６の方法によって解決される。
本発明の利点、特徴、態様および詳細は、従属請求項、詳細な説明および添付の図面から明白である。請求項が意図するのは、総括的に発明を記述する第１の非制限的アプローチである。
本発明の一態様は、超音波ホーンとこれと協働するアンビルとを含んでおり、該ホーンとアンビルのうち１方が回転式ウェブ支持作業ドラムに取り付けられており、該ホーンとアンビルのうち他方が作業ドラムとともに回転し、作業ドラムを越えて延び超音波エネルギーを加工物に付与し、作業ドラムの各回転の間に作業ドラムを越えた部分から引っ込むように取り付けられている超音波システムを提供することである。
本発明の別の態様は、アンビルが作業ドラム上に取り付けられ、超音波ホーンが、作業ドラムとともに回転し作業ドラムを越えて延び、作業ドラムの各回転中に作業ドラムを越えた部分から引っ込むようになっている超音波システムを提供することである。
本発明の別の態様は、ホーンが、加工物のウェブの幅にわたって横切るようになっている回転超音波ホーンであり、圧力と超音波エネルギーをかけて、超音波エネルギーを加工物に線形に付与し、ウェブ上の加工物を漸進的に横切って移動するようになっている超音波システムを提供することである。
本発明の別の態様に関し、作業ドラムの円周のまわりに配置され複数の組になったホーンとアンビルを含み、関連する複数の加工物を同時に処理できるシステムが提供される。
本発明のさらに別の態様は、１つか２つ以上のプランジャ式の超音波ホーンが回転作業ドラム上に取り付けられており、これに組み合わされるアンビルが、作業ドラムとともに回転し、この作業ドラムの各回転の間、作業ドラムを越え部分から引っ込むように取り付けられているような超音波システムを提供することである。
さらに別の態様は、１つか２つ以上のプランジャタイプの超音波ホーンが回転式作業ドラムに取り付けられており、各アンビルが加工物ウェブの幅に沿って横切るようになっている回転アンビルであり、圧力を各ホーンにかけ、超音波エネルギーを加工物に線形に付与し、漸進的にウェブを横切って動くようになっている、超音波システムを提供することである。
本発明は、超音波エネルギーを加工物に付与するための熱エネルギーシステムを開示する。該システムは、所定の方向において第１の軸線のまわりを回転するように取り付けられており、円周方向外側の作業面を有するドラムと、該円周方向作用面においてドラムに取り付けられており、ドラムの回転方向に対し横方向に延びている第１の超音波付与装置と、ドラムとともに回転するように取り付けられており、ドラムの回転方向に対し横方向に動いて、第１の超音波付与装置を越えて延び第１の超音波付与装置と組み合わされ作動して、ドラム回転中に超音波エネルギーを加工物に付与し、それに続いてドラム回転中に第１の超音波装置を越えた部分から引っ込むようになっている第２の超音波付与装置と、を備え、第１および第２の超音波付与装置の一方が超音波エネルギーを与えるようになっている超音波ホーンからなり、超音波付与装置の他方が、超音波ホーンと協働するようになっているアンビルからなることを特徴とする。
超音波システムの実施例の第１グループにおいて、第１の超音波付与装置はアンビルからなり、第２の超音波付与装置は超音波ホーンからなる。アンビルは、ドラムの外側作業面と同じ高さに取り付けられている金属バーを備えていてもよい。
超音波ホーンは、アンビルを越えて延び、アンビル上の加工物上に下向きの圧力をかけ、アンビルを越えて延びながら超音波エネルギーを加工物に付与し、それに引続きドラムの各３６０°の回転の間、アンビル上を越えた部分から引き込まれるように取り付けられているのが好ましい。
超音波ホーンは、アンビルとアンビル上の加工物を越えてエネルギー付与通路を横切るように取り付けられていてもよく、エネルギー付与通路は、外側作用面にわたり横方向に延びるようになっている。超音波システムは、さらに圧力と超音波エネルギーを同時に超音波ホーンを介し、アンビル上に配置された加工物に付与し、超音波ホーンがエネルギー付与通路を横切る間、加工物上で作業を達成するようになる手段を含むのが好ましい。
第１のグループの実施例の好ましい実施例において、超音波ホーンは、ホイールと、第２の軸線のまわりを回転するように取り付けられている回転式超音波ホーンを備えており、このために超音波ホーンがエネルギー付与通路を横切るときに、加工物を横切って漸進的に進行する地点で、超音波エネルギーを加工物に与えるようになっている。エネルギー付与通路は、回転超音波ホーンがアンビルを越えて延ばされている出口セグメントと、回転超音波ホーンがアンビルを越えた部分から引き込まれる入口セグメントとを含んでいればよく、超音波システムは、さらに超音波ホーンがエネルギー付与通路を横切るときに回転超音波ホーンを介し加工物に圧力を付与するための手段と、圧力を付与するための手段を作用させるようになっている制御手段とを含んでおり、圧力を回転超音波ホーンを介してエネルギー付与通路の１つのセグメント、好ましくは出口セグメント上の加工物にかけ、エネルギー付与通路の他方のセグメント上の圧力を抑制するようになっている。
第１のグループの実施例のうち好ましい実施例において、超音波システムは、ドラムの外側作用面のまわりの実質的に異なる半径方向の場所に取り付けられている少なくとも２つか３つ以上のアンビルと、これに組み合わされており、ドラムとともに、少なくとも２つのアンビルの各一方を越えて回転するように取り付けられた少なくとも２つの超音波ホーン、好ましくは回転超音波ホーンと、少なくとも２つの該超音波ホーンの全ての作動を制御する手段を含む制御手段と、を備え、第１の回転軸線を通る基準線に対して第１の角度“Ｅ”に対応する場所に各アンビルが配置されると、各超音波ホーンがアンビルの各々を越えて延び始め続いて各アンビルを越えた部分から引き込まれ、第１の回転軸線を通る基準線に対して第２の角度“Ｗ”に対応する場所に各アンビルが配置されるように回転ドラムが回転した場合、回転超音波ホーンが完全に各アンビルを越えた部分から完全に引き込まれるようになっており、同一角度“Ｅ”と“Ｗ”とは少なくとも２つの超音波ホーンのそれぞれに適用される。
超音波システムの第２の実施例のグループにおいて、第１の超音波付与装置は超音波ホーンからなり、第２の超音波付与装置はアンビルからなる。第２のグループの実施例において、超音波ホーンは、一般的に、ドラムの外側作用面とほぼ同一の高さに取り付けられている超音波作用面を有するプランジャ式の超音波ホーンからなる。
アンビルが、超音波ホーンを越えて延び、該超音波ホーン上の加工物上に圧力をかけ、超音波ホーンを越えて延ばされながら超音波エネルギーを加工物に付与し、超音波ホーンを横切りながら加工物上の作業を達成して、次いで各ドラムが３６０°回転する間、超音波ホーンを越えた部分から引き込まれるように取り付けられている。
好ましい実施例において、アンビルは、第２の軸線のまわりを回転するように取り付けられたホイール、従って回転アンビルを備えており、アンビルと超音波ホーンとの組合せが、アンビルがエネルギー付与通路を通るときに加工物を横切り漸進的に動くラインにおいて、有効な超音波エネルギーを加工物に付与するようになっている。エネルギー付与通路は、回転アンビルが超音波ホーンを越えて延ばされる出口セグメントと、アンビルが超音波ホーンを越えた部分から引き込まれる入口セグメントとを含んでいればよく、さらに、超音波システムは、加工物がエネルギー付与通路を通るときに、圧力を回転アンビルを介し加工物にかけるようにする手段と、圧力をかけるための該手段を作用させ、回転アンビルを介してエネルギー通路のセグメント、好ましくは出口セグメントの一方の加工物にかけるようになり、エネルギー付与通路の他方のセグメント上の圧力を抑制するようになっている手段とを含んでいればよい。
超音波システムは、さらに、ドラムの外側作業面のまわりで異なる半径方向の場所に取り付けられた少なくとも２つの超音波ホーンと、これに対応しており、ドラムとともに、少なくとも２つの超音波のいずれか一方を越えて回転するように取り付けられている少なくとも２つのアンビル、好ましくは回転アンビルと、第１の回転軸線を通る基準線に対し第１の角度“Ｅ”に対応する場所に各アンビルが配置されるときに、各アンビルが各超音波ホーンを越えて延び、続いて第１の回転軸線を通る基準線に対し計測された第２の角度“Ｗ”に各超音波ホーンが配置されるように、ドラムが回転されると各超音波ホーンを越えた部分から回転超音波ホーンが完全に引き込まれるように各アンビル上を越えた部分から引っ込むように、少なくとも２つのアンビルの全ての作動を制御するための手段を含む制御手段と、を備えており、同一の角度“Ｅ”と“Ｗ”とは少なくとも２つの超音波ホーンのそれぞれに適用されるようになっている。
本発明の超音波システムの第３の実施例において、システムは、さらに、超音波エネルギーが第１および第２の超音波付与手段によって加工物に付与される外側作用面の作業ステーション上に加工物を配置するための、第１の軸線を通る基準線に対し計測された角度“Ｐ”に配置された配置ステーションにおいて、ドラムに近接する配置手段と、加工物が、配置ステーションから除去ステーションにドラムのほぼ円周のまわりを外側作業面上の作業通路を横切るように、外側作業面から加工物を取り除くための、第１軸線を通る基準線に対して計測された角度“Ｒ”で配置された除去ステーションにおいて、ドラムに近接している除去手段と、第２の超音波付与手段が、ドラムと、第１の超音波付与装置と、これに対応して加工物が作業通路を横切っている状態の加工物とを越えて延びており、外側作業面の作業ステーションが、除去ステーションから配置ステーションに横切る間、ドラムと第１の超音波付与装置を越えた部分から引き込むように、第２の超音波付与装置の動きを制御するための制御手段と、を含む。
第４のグループの実施例において、本発明は、円周方向外側作動面と、該外側作用面においてドラムに取り付けられておりドラムの回転方向を横切って延びている第１の超音波付与装置とを有するドラムを所定方向に第１軸線のまわりに回転させる段階と、ドラムとともに回転するように取り付けられている第２の超音波付与装置を設ける段階と、第２の超音波付与装置をドラムの回転方向を横切る方向に動かし、このために第１の超音波付与装置を越えて延ばし、第１および第２の超音波付与装置を組み合わせて作動させて超音波エネルギーをドラム回転中に加工物に与えるようにする段階と、ドラムの回転中に第１の超音波付与装置を越えた部分から第２の超音波付与装置を引き込む段階からなり、第１および第２超音波付与装置のうちいずれか一方が超音波エネルギーを付与するようになっている超音波ホーンからなり、超音波付与装置の他方が超音波ホーンと協働するようになっているアンビルからなることを特徴とする方法を含む。
この方法は、ドラムの３６０°の各回転中、第２の超音波付与装置を第１の超音波付与装置を越えて延ばし、第１の超音波付与装置上の加工物に圧力をかけ、これにより、超音波エネルギーを加工物に付与し、第２の超音波付与装置がエネルギー付与通路を横切る間、加工物上の作業を達成し、続いて第１の超音波装置を越えた部分から第２の超音波付与装置を引込む段階を含むのが好ましい。
第１の超音波付与装置は、第２の超音波付与装置が、例えば第２の軸線のまわりを回転するように取り付けられた回転超音波ホーン、例えばホイールを備えている状態で、アンビル、すなわち回転アンビルを備えていてもよく、この方法では、第２の超音波付与装置がエネルギー付与通路を通るときに加工物を横切って漸進的に動くラインにおいて、超音波エネルギーを加工物に付与する段階からなっている。
好ましくは、この方法では、第２の超音波付与装置がエネルギー付与通路を横切るとき、第２の超音波付与装置を通って加工物に圧力をかける段階を含む。エネルギー付与通路は、第２の超音波付与装置、例えば回転超音波ホーンが第１の超音波付与装置を越えて延ばされる出口セグメントと、第２の超音波付与装置が第１の超音波付与装置を越えた部分から引き込まれる入口セグメントとを含んでおり、このために、この方法は、第２の超音波付与装置を制御し、このために圧力を第２超音波付与装置を介し、エネルギー付与通路のセグメントの一方の、好ましくは出口セグメント上の加工物にかけ、エネルギー付与通路のセグメントの他方のセグメント上の圧力を抑制する段階を含むことになる。
この方法は、ドラムの外側作用面のまわりに半径方向の異なる場所に取りつけられている少なくとも２つの第１の超音波付与装置と、これに対応し、ドラムとともに、かつ少なくとも２つの第１の超音波付与装置のそれぞれを越えて回転するように取り付けられている、少なくとも２つの第２の超音波付与装置を備えており、さらにこれにより第１の回転軸線を通過する基準線に対し計測された第１の角“Ｅ”に相当する場所に第１の超音波付与装置が配置されているときに、第２の超音波付与装置を各第１の超音波付与装置を越えて延ばしはじめ、ドラムを回転させ、続いて各第１の超音波付与装置が、第１の回転軸線を通る基準線に対し第２の角度“Ｗ”で配置されるようにドラムが回転したときに第１の超音波付与装置を越えた部分から第２の超音波付与装置を完全に引き込むように、各第２の超音波付与装置を各第１の超音波付与装置を越えた部分から完全に引き込むように少なくとも２つの第２の超音波付与装置の全ての作動を制御する段階を含んでおり、第１の回転軸線を通る基準線に対して計測した同一の角度“Ｅ”と“Ｗ”とが少なくとも２つの第２の超音波付与装置のそれぞれに適用するようになっている超音波システムに任意的に作用する。
本発明の方法は、第１軸線を通る基準線に対して角度“Ｐ”で外側作用面の加工物ステーション上に加工物を配置し、ドラムを回転させ、ドラムを回転させる間、第２の超音波付与装置の動きを制御して、第２の超音波付与装置をドラムと、これに対応して加工物を越えて延ばし、外側作用面の作業ステーションが除去ステーションから配置ステーションに横切る間、ドラムを越える部分から第２の超音波付与装置を引き込ませるように、ドラムを越えた部分から第２の超音波付与装置を引き込ませる段階を含んでいればよい。
本発明は、図示した実施例および図面の以下の詳細な記載を参照すると、より完全に理解でき、さらに利点が明白になる。
図１は、本発明の方法と装置を用いて製造される加工物の斜視図である。
図２は、図１の加工物が製造される連続ウェブの加工物として、最終加工物ブランクの上面図である。
図３は、本発明の熱エネルギーシステムを表す、部分的に取り除き部分的に切り欠いた状態の図画的図である。
図４は、図３の平面セクション４−４で切断された図３の熱エネルギーシステムの横断面図である。
図５は、図３の熱エネルギーシステムの端部側面図の概略図である。
図６は、図３の線６−６において切り取られた第１の熱エネルギー付与装置の上面図である。
図７は、図６の第１の熱エネルギー付与装置の側面図である。
図８は、本発明の熱エネルギーシステムの第２の実施例の、図４に表すような横断面図である。
記載される実施例の以下の詳細な記載は、おむつ、幼児トイレ訓練用パンツ、女性ケア製品、失禁用衣類等のような使い捨て衣類を製造する内容に関連しており、２つの重ねられスパンボンドされるポリプロピレン弾性複合ウェブ、例えばそれぞれが２３．７４ｇ／ｍ2（０．７オンス／平方ヤード）を、加工装置〔マシン方向を備えた）内においてウェブの進行方向を横切る方向（機械横方向）にウェブを通って延びる間隔のあいた場所に超音波溶融を行なうことによって、結合する装置と方法を含む。特有の織物は、衣類のウエスト部分がウェブの機械方向に沿って延び、衣類の前後部分がウェブの両側部であるような状態で、ウェブ中の衣類の未完製品がウェブの横方向に延びるようになっている、連続して組み合わされたウェブの使い捨て衣類の製造物である。開示した好ましい実施例において、溶接によって、最終衣類の側部シームの最終的な場所にほぼ対応する場所において重ねられたウェブが結合される。
図１に示した種類の衣類１０を製造することが知られている。このような衣類は、一般的に異なる材料から２つか３つ以上の層、もしくは部分的層からなる組合わせからなるか、あるいは別の要素と実質的に同一材料から構成されていてもよい。一般的に、材料は織られた布、不織布またはポリマーフィルムである。弾性部材が、体部分１４内のウエスト１２と、脚部開口１６のまわりに使用されていればよい。
本明細書において、１０において衣類を形成する殆どの方法において、図２に示すようなブランク１８が、材料の連続処理された複合ウェブの一部として最初に作られる。ブランク１８が完全に作られた後、サイドシーム２０が形成され、完全に作り終えられたか、または部分的に作り終えられたブランク１８として、もしくは完全に形成された衣類物品として、ウェブから切断される。
本発明により考慮される方法では、図２に図示したような前縁ブランクおよび後縁ブランク１８Ａ、１８Ｂの隣接端部に近接する溶接部２２を形成する。公知の技術を用いてこのような横方向の溶接部２２を形成する際に、ウェブの全幅にわたり熱エネルギーを均一に得ることは困難であり、このために溶接部２２は所望の均一性より劣るものとなる。以下に記載する装置と方法では、ブランク１８が形成される際に、溶接部２２を予想どおり均一にする新規なアプローチを提供する。
図３乃至図７は、本発明の熱システムの１実施例を表す。この熱エネルギーシステムでは、常時加熱するか断続的に加熱するインパルス式装置のような電気抵抗装置または誘導加熱部品のような、熱エネルギーの移行が材料を共に溶接するのに十分である装置であればいかなるものから構成されてもよい。好ましい熱エネルギー源は、超音波を使用することによる。本明細書に見られるように、超音波システム２４は、３０で概略的に示した固定された内側軸を通過する軸線２８のまわりを回転するように、外側軸２５上に取り付けられた作業ドラム２６を含む。作業ドラム２６は、穿孔されているか、そうでない場合には、ドラム２６の外側作業面を介し吸込みを行なうための従来の手段（図示せず）のようになっている外側作用面３２を有しており、材料加工物のウェブ３３を保持し、ウェブは全処理が終了すると、ブランク１８として衣類物品１０に組み立てられる。
複数のアンビルバー３４（６個が示されている）が、作業ドラム２６の外周のまわりをほぼ均一に間隔をあけた状態で作業ドラム２６に取り付けられており、作業ドラム２６の外側作業面３２の幅方向にわたり横切って延びている。アンビルバー３４は、外側作業面３２と同一の高さであり、アンビルバー３４の外側面３６が、作業ドラム２６の外側作業面３２とほぼ連続して構成されるようになっている。
支持ドラム３８が、作業ドラム２６に固定されており、作業ドラムとともに回転するように取り付けられている。図４を参照すると、支持ドラム３８が遮断壁４０において作業ドラム２６に固定されている。作業ドラム２６と支持ドラム３８とが組み合わせられて外側軸２５に取り付けられている。外側軸２５が、ベアリング４２、４４によって固定内側軸３０に取り付けられている。支持ドラム３８の外壁４６が端部壁４９を通って端フランジ４８に固定されている。端フランジ４８は、図示していないが加工ラインのライン軸から外れて駆動される駆動軸５０に固定される。駆動軸５０は、ベアリング５２を介し接地するように取り付けられている。従って、作業ドラム２６、支持ドラム３８および端フランジ４８は、全てベアリング４２、４４、５２を組み合わせることによって支持され、固定内側軸３０と軸線２８のまわりを連結して回転する。
カムドラム５４は、固定内側軸３０にぴったりと固定されており、作業ドラム２６、支持ドラム３８および端フランジ４８と組み合わされてともに回転しないようになっている。カムリブ５６がカムドラム５４の外側壁５８上に取り付けられており、カムドラム５４の外側壁５８の全円周のまわりを延びている。カムリブ５６は図４と８において点線で示されている。カムリブ５６の一部が、図３の支持ドラムの外側壁４６の切り欠いた部分を通して見られる。
６対のキャリエッジ支持ラック６０が、作業ドラム２６の外側作業面３２上の各アンビルバー３４に対応した数で、概略的な場所において、カムドラム５４の外側壁５８に固定されている。キャリエッジ６２が、各対のキャリエッジ支持トラック６０に取り付けられており、以下さらに記載するように、各キャリエッジ支持トラック６０の長さ“Ｌ”に沿って、キャリエッジ支持トラック６０と摺動係合するようになっている。
図６と７を参照すると、超音波支持サブ組立体６４が、ピボットピン６６において各キャリエッジ６２に取り付けられている。超音波支持サブ組立体６４において支持アーム６８がピボットピン６６から作業ドラム２６の外側作業面３２に向かって延びており、離れた端部において回転超音波ホーン７０と超音波発生器７２とを支持する。支持アーム６８が制御アーム７４にしっかりと固定されている。制御アーム７４は２回作動式空気シリンダによって作動され、ピボットピン６６と制御アーム７４とを介し作用して、超音波ホーン７０をピボットピン６６のまわりに回転させ、作業ドラム２６の外側作業面３２に対し超音波ホーン７０を上下運動させることになる。従って、超音波支持サブ組立体６４は、ピボットピン６６、支持アーム６８および制御アーム７４を備えることになる。
圧縮空気が空気圧制御ボックス７８から空気シリンダ７６に供給される。図４を参照する。圧縮空気が、従来の回転空気圧カップリングを介し固定軸３０に接続されている供給ライン８０を介して空気圧制御ボックス７８に供給される。空気が供給ライン８２から固定軸３０の中央を介して供給される。
電力がスリップリング８４を介し超音波システム２４に供給され、供給ライン８６を介して超音波発生器７２に伝達される。
プログラム可能な制限スイッチ８８が以下に記載するような目的のために駆動軸５０に取り付けられている。プログラム可能な制限スイッチ８８の出力が電気ライン９０を介し制御ボックス７８に送られる。
本発明の作動と機能は、要素とこれらの相互の関係の前述の記載から完全に明白になったと考えられるが、本発明の開示を完全にするために、本発明の使用を簡単に説明する。
図４をもう一度参照すると、駆動軸５０が端フランジ４８、作業ドラム２６、支持ドラム３８および支持キャリエッジ６２、超音波支持サブ組立体６４、超音波ホーン７０および発生器７２を、不変回転速度で絶えず回転させる。入口回転ロール９２が、作業ドラム２６の円周の角度“Ｐ”において、軸線２８を通過する基準線に対する位置決めステーションに配置されている。加工物のウェブ３３または別の材料が、入口回転ロール９２のまわりを矢印９３に示された方向に給送され、このために矢印９４によって示された方向に回転ドラムが回転する間、作業ドラム２６と回転ロール９２のと間に形成されたニップにおいて、作業ドラム２６の作業面３２と係合するように引っ張られる。ウェブ３３が、作業ドラム２６の円周の角度“Ｒ”に配置された除去ステーションにおける出口回転ロール９６に達するまで、外側作業面において入口回転ロール９２から作業ドラム２６の円周のまわりに全体的に引っ張られる。出口回転ロール９６において、ウェブ３３が示されているように、ウェブ３３が回転ロール９６のまわりを回転して作業ドラムから取り除かれて、本発明に関連する工程から出ることになる。
通常、本発明が実行されているように、超音波ホーンは常時作用し、構成された周波数で共鳴することになる。
図３乃至７の組合せをもう一度参照すると、スロット開口部９８が、各キャリエッジ支持トラック６０に近接した支持ドラム３８の外壁４６を通って延びている。一対のカム従動子１００が、スロット開口部９８を通って、各キャリエッジから下方に延びており、リブカム５６と係合する。従って、作業ドラム２６と支持ドラム３８が、静止カムドラム５４のまわりを軸線２８上で回転すると、リブカム５６とカム従動子１００との係合によって、キャリエッジ６２が作業ドラム２６の外側作業面３２に向かったり離れて交互に動く。このように、各キャリエッジ６２は、一つの完全な円形トリップ動作を行い、各作業ドラム３６０°の回転の間、作業ドラムに向かって動き、そして離れる。従って図３乃至図５を参照すると、支持ドラム３８上の１２時の位置においてキャリエッジ６２Ａは、作業ドラム２６の方向に向かって完全に延ばされ、支持ドラム３８上の６時の位置におけるキャリエッジ６２Ｂが作業ドラム２６から離れるように完全に引き込まれる。キャリエッジ６２が作業ドラム２６の方向に延びるとき、各超音波ホーン７０が、作業ドラム２６の外側作業面３２と対応するアンビルバー３４を越えて延びる。キャリエッジ６２が作業ドラム２６から引っ込むと、各超音波ホーン７０は作業ドラム２６の外側作業面を越えた部分から引っ込む。
超音波ホーン７０は、組み合わされた超音波支持組立体６４、ホーン７０、および発生器７２の離れた外側端部１０１が回転ロール９２と９６の内側端部１０２の内側を通過すると、超音波ホーン７０が外側作業面３２を越えた部分から完全に引き込まれる。図４を参照すると、キャリエッジ６２Ｂ上のホーン７０が完全に引き込まれて、所定の“完全に引き込まれた”位置よりも作業ドラム２６からさらに離れるように動いていた。従って“完全に引き込まれた”とは、回転ロール９２と９６の内側端部１０２の内側に配置された外側端部１０１の位置範囲を含んでおり、キャリエッジ６２が作業ドラム２６に対して最も離れた位置に配置された最も内側の位置に制限されない。
各カートリッジ６２が作業ドラム２６の方向に延び、各超音波ホーン７０がこれに対応して外側作業面３２を越えて配置されると、プログラム可能な制限スイッチ８８が空気圧制御ボックス７８に信号を送り、このために各空気シリンダ７６上のラム１０３を作用させて延ばし、これにより図７に示すような両矢印によって示されているように、各共鳴する超音波ホーン７０を下方に動かして、各アンビルバー３４において形成される各作業ステーション１０６でウェブ３３に支持されている加工物と接触するようになる。回転超音波ホーン７０は、アンビルバー３４の支持抵抗に対し、加工物に下方の力をかける。下方の力の量は、空気シリンダ７６でかけられた力によって制御される。
このように共鳴回転超音波ホーン７０が加工物に下向きの力をかけた状態で、円形の回転ホーン７０が軸線１１０のまわりを回転することができ、超音波ホーン７０がエネルギー付与通路１０８において作業面３２を横切って通るにつれ、ホーン７０は、加工物を漸進的に横切って動くポイント１１２において加工物に有効な超音波エネルギーを与えることになる。図４に示すように、エネルギー付与通路は、どの作業が超音波エネルギーによってなされるべきか、とキャリエッジ支持トラック６０および支持アーム６８の長さとに基づいて、ウェブ３３を横切る全ての路にまで延びないか、もしくはウェブ３３を横切る全ての路に延びることができる。
好ましくは、超音波ホーン７０は、下向きに力がかけられて、ホーン７０がエネルギー付与通路の出口セグメントを横切る間、加工物と接触するように作用する。各超音波ホーン７０が、エネルギー付与通路１０８の出口セグメントの外側縁に達すると、制限スイッチ８８が、軸線２８に対する作業ステーション１０６の各対応する角度位置を検出し、空気圧制御ボックス７８に信号を送り、ホーン７０がエネルギー付与通路１０８の入口セグメント（反対方向）上で加工物を越えた部分から引きこまれるときホーン７０を加工物から持ち上げることになる。図５を参照すると、ホーン７０は、ドラム２６を越えて延ばされ始める、すなわち作業ドラム２６の外周の角度“Ｅ”において回転ロール９２、９６の内側端部１０２と交差し、作業ドラム２６の外周の角度“Ｗ”において外側作業面３２を越えた部分から完全に引き込まれる。図５を参照すると、ウェブ３３内の各加工物が回転ロール９６に達する前に各ホーン組立体が完全に引き込まれ、加工物とウェブ３３とが作業ドラム２６から取り除かれるのがわかる。同様に、ホーン７０、発生器７２、および超音波支持組立体６４からなるホーン組立体は、完全に引き込まれたままの状態であり、ホーン組立体が入口回転ロール９２を通過し、外側作業面３２がふたたび加工物の新しく入ってくる入口ウェブ３３と係合し始めるまで、外側作業面を越えて延びることはない。
このように、作業ドラム２６が超音波ホーンとともに絶えず回転する。加工物がウェブ３３の一部として作業ドラム２６上に配置されると、加工物は超音波システム２４に入り、ホーン７０とアンビル３４としての超音波付与装置が溶接部２２を形成しながら、角度“Ｐ”の位置決めステーションと角度“Ｒ”における除去ステーションとの間の作業通路１１４を横切る。各ホーン７０は、このように各アンビル３４において外側作業面３２を横切って延び、作業ドラム２６の各回転とともに加工物内に溶接部２２を形成する。溶接部２２は、機械横方向に延びている。所定の時間で、組み合わされた装置が、実質的に作業ステーション１０６が存在するだけの加工物と、これに対応して回転ロール９２と９６の間のドラム２６上の加工物で溶接、切断等の作業を実行し、各ホーン７０が外側作業面３２から“完全に引き込む”ことができるような十分な間隙を形成することができ、最終の加工物とともにウェブ３３を回転ロール９６上で取り除くことができる。
適当な回転超音波ホーン７０が、例えばエラートに付与された米国特許第５、１１０、４０３号に教唆されており、本発明は、このような回転式超音波ホーン７０に適する教唆としてこの先行技術を引用し、この特許明細書の記述を本明細書の記述の一部とする。適切な超音波発生器７２と、別の関連する超音波器具はコネクチカット州、ダンバリー在住のソニック・パワー・カンパニーから入手できる。
図８は、本発明の第２の実施例を示しており、超音波ホーン７０とこれに対応するアンビル３４が、図３乃至７の実施例から物理的に反対の場所に配置されている。従って、図３乃至７に関してより詳細に記載した実施例と図８の実施例を比較すると、図８において、一対の従来のプランジャ式超音波ホーン１７０がアンビルバー３４の代わりに作業ドラム２６に取り付けられている。エネルギー付与通路１０８の完全な幅におよぶのに必要なだけのプランジャ式ホーン１７０を用いることができる。これに対応して、回転アンビル１３４が、回転超音波ホーン７０の代わりに超音波支持組立体６４に取り付けられる。
使用時において、超音波ホーン１７０が、工程の作動中に絶えず作用しているのが好ましい。作業ドラム２６と支持ドラム３８とが、上述したように絶えず回転する。ドラムが回転すると、アンビル１３４が作業面を越えて延ばされて、アンビル１３４がエネルギー付与通路１０８の出口セグメントを横切るときに空気シリンダ７６によって加工物と作用接触するように押され、加工物１３４がエネルギー付与通路１０８の入口セグメントを横切るときに加工物からアンビル１３４を持ち上げる。顕著な違いは、超音波ホーン１７０とアンビル１３４の場所が逆になることであり、外側作業面３２を越えて延び、続いて引っ込むという物理的な動作の役割はキャリエッジ６２上に取り付けられた要素内で実行されるままである。従って、作業ドラム２６の外側作業面３２に取り付けられた超音波付与装置は、超音波支持サブ組立体６４上に取り付けられた超音波付与装置ではなく、超音波エネルギーを供給する装置である。
あるいは、別のエネルギー付与装置を超音波装置と置き換えてもよい。このような装置は、電気抵抗加熱要素、電気インジケータ要素、および流体加熱要素を含む。
本発明を完全に詳細に記載してきたが、本発明の精神から逸脱することなく様々な変形と変更がなされることがわかる。このような全ての変形および変更は、以下の請求の範囲により定義されるように本発明の範囲内にあると考えられる。

Claims (13)

  1. (a) 第１の軸線(28)のまわりを所定の方向(94)に回転するように取り付けられ、円周方向の外側作業面(32)を有するドラム(26)と、
    (b) 前記外側作業面(32)において前記ドラム(26)に取り付けられており、該ドラムの回転方向に対し横方向に延びる第１のエネルギー付与装置(34,170)と、
    (c) 前記ドラム(26)とともに回転し、該ドラム(26)の回転方向に対し横方向に動くように取り付けられ、前記第１エネルギー付与装置(34,170)上に延び、該第１エネルギー付与装置(34,170)と組み合わされて作動し、前記ドラム(26)の回転中、加工物を横切って漸進的に動く線において前記加工物にエネルギーを付与し、続いて前記ドラム(26)の回転中、前記第１のエネルギー付与装置(34,170)上の部分から引き込むようになっている第２のエネルギー付与装置(70,134)と、
    を備えており、
    前記第１および第２のエネルギー付与装置(34,70,134,170)の一方がエネルギーを付与するようになっているホーン(70,170)からなり、前記エネルギー付与装置の他方は、前記ホーン(70,170)と協働するようになっているアンビル(34,134)からなり、
    前記第２のエネルギー付与装置(70)は、前記第１のエネルギー付与装置(34)上に延び、該第１のエネルギー付与装置(34)上の加工物に圧力を加え、該第１のエネルギー付与装置(34)上に延びているときに、前記加工物にエネルギーを付与するように前記第２のエネルギー付与装置(70)を取り付ける取付構造を備えることを特徴とする、エネルギーを加工物に付与するエネルギーシステム。
  2. 前記第１のエネルギー付与装置はアンビル(34)からなり、前記第２のエネルギー付与装置はホーン(70)からなり、該ホーン(70)を、前記アンビル(34)と該アンビル上の加工物上でエネルギー付与通路(108)を横切るように取り付ける取付構造を備え、該エネルギー付与通路(108)は、前記外側作業面(32)を横切って延びており、前記エネルギーシステムは、さらに、圧力とエネルギーを同時に前記ホーン(70)を介し前記アンビル(34)上に配置された加工物に付与し、前記ホーン(70)が前記エネルギー付与通路(108)を横切っている間、前記加工物上で作業を達成するための加圧手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
  3. 前記ホーン(70)は、第２の軸線(110)のまわりを回転するように取り付けられた回転円板であり、前記ホーン(70)が前記エネルギー付与通路(108)を通るときに前記加工物を横切って漸進的に動く地点(112)においてエネルギーを加工物に付与するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギーシステム。
  4. 前記ホーン(70)は、回転ホーンからなり、前記エネルギーシステムは、さらに、
    (a) 前記ホーン(70)が前記エネルギー付与通路(108)を横切るときに前記回転ホーン(70)を介して前記加工物に圧力をかける加圧手段(76)と、
    (b) 該圧力をかけるための加圧手段(76)を作用させて、前記回転ホーン(70)を介して前記エネルギー付与通路(108)上の一方向の移動行程において加工物に圧力をかけて、前記エネルギー付与通路(108)上の反対方向の移動行程において前記圧力を抑制するようになっている制御機構(78)とを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエネルギーシステム。
  5. 前記第１のエネルギー付与装置はホーン(170)からなり、前記第２のエネルギー付与装置はアンビル(134)からなり、該アンビル(134)は、前記ホーン(170)上に延び、前記ホーン(170)上の加工物に圧力をかけて、これによりエネルギーを前記ホーン(170)上に延ばされている間に前記加工物に付与するよりに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
  6. 前記アンビル(134)は、前記ホーン(170)と該ホーン(170)上の加工物上でエネルギー付与通路(108)を横切り、圧力とエネルギーを同時に前記ホーン(170)上に配置された加工物に付与して、前記ホーン(170)を横切りながら前記加工物に関する作業を達成するように取り付けられていることを特徴とする請求項１または５に記載のエネルギーシステム。
  7. 前記アンビル(134)は第２の軸線(110)のまわりを回転するように取り付けられており、前記アンビル(134)と前記ホーン(170)との組合せによって超音波エネルギーを、前記アンビル(134)が前記エネルギー通路(108)を横切るときに、前記加工物にわたり漸進的に動く地点において前記加工物に付与するようになっていることを特徴とする請求項１または５、６のいずれかに記載のエネルギーシステム。
  8. 前記アンビル(134)は回転アンビル(134)からなり、前記エネルギー付与通路(108)は、前記回転アンビル(134)が前記ホーン(170)上に位置する部分と前記アンビル(134)が前記ホーン(170)から引き込まれる部分とを含んでおり、前記エネルギーシステムは、さらに(a)前記アンビル(134)が前記エネルギー付与通路(108)を通るときに前記回転アンビル(134)を介して前記加工物に圧力を与えるための加圧手段(76)と、(b)前記加圧手段(76)を作用させるようになっており、前記アンビル(134)を介し前記エネルギー付与通路(108)の前記部分の一方の上において前記加工物に圧力をかけて、前記エネルギー付与通路(108)の前記部分の他方において下向きの圧力を抑制するようになっている制御機構(78)と、を備えていることを特徴とする請求項１または５から７のいずれか一つに記載のエネルギーシステム。
  9. 前記アンビル(134)は回転アンビル(134)からなり、前記エネルギー付与通路(108)は、前記回転アンビル(134)が前記ホーン(170)上に位置する部分と、前記アンビル(134)が前記ホーン(170)上から引き込まれる部分とを含んでおり、前記エネルギーシステムは、さらに(a)前記アンビル(134)が前記エネルギー付与通路(108)を通るときに前記回転アンビル(134)を介して前記加工物に下向きの圧力を与えるための加圧手段(76)と、(b)該加圧手段(76)を作用させるようになっており、前記回転アンビル(134)を介し前記エネルギー付与通路(108)の前記部分の一方の上の前記加工物に下向きの圧力をかけて、前記エネルギー付与通路(108)の前記部分の他方において下向きの圧力を抑制するようになっている制御機構(78)と、を備えていることを特徴とする請求項１または５から８のいずれか一つに記載のエネルギーシステム。
  10. (a) 円周方向の外側作業面と、前記外側作業面においてドラムに取り付けられ該ドラムの回転方向に対し横方向に延びる第１のエネルギー付与装置とを有する前記ドラムを所定の方向に第１の軸線のまわりで回転させ、
    (b) 前記ドラムと回転するように取り付けられた第２のエネルギー付与装置を設け、
    (c) 前記ドラムの回転方向に対し横方向に前記第２のエネルギー付与装置を動かし、該第２のエネルギー付与装置を前記第１のエネルギー付与装置上に延ばして前記第１と第２のエネルギー付与装置を組み合わせて作動させ、これにより加工物を横切って漸進的に動く線において、エネルギーを、前記ドラムの回転中に前記第１のエネルギー付与装置上にある前記加工物に付与し、
    (d) 前記第２のエネルギー付与装置を前記ドラムの回転中に前記第１のエネルギー付与装置上の部分から引き込む、
    段階からなり、
    さらに、前記第２のエネルギー付与装置を、前記第１のエネルギー付与装置と該第１のエネルギー付与装置上の加工物上でエネルギー通路に沿って動かし、圧力とエネルギーを同時に前記第１のエネルギー付与装置上に配置された前記加工物上に付与し、前記エネルギー付与通路を横切る間、前記加工物上で作業を達成する段階を含むことを特徴とするエネルギーを加工物に付与するための方法。
  11. 該第２のエネルギー付与装置が前記エネルギー付与通路を横切るときに前記第２のエネルギー付与装置を介して前記加工物に圧力を付与する段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第２のエネルギー付与装置を制御し、前記第２のエネルギー付与装置を介し前記エネルギー付与通路上の一方向の移動行程において加工物上に圧力を付与し、前記エネルギー付与通路上の反対方向の移動行程において前記圧力を抑制する段階を含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の方法。
  13. 前記第１のエネルギー付与装置はアンビルであり、前記第２のエネルギー付与装置は第２の軸線のまわりを回転するように取り付けられた回転式超音波ホーンであり、該回転式超音波ホーンを制御し、前記回転式超音波ホーンを介し前記エネルギー付与通路上の一方向の移動行程において加工物上に圧力を付与し、前記エネルギー付与通路上の反対方向の移動行程において前記圧力を抑制する段階を含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一つに記載の方法。
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