JP4809435B2 - 超音波装置を用いた生地の処理のための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの生地層を備える生地の処理のための装置(arrangement)に関する。処理は、受け部（abutment）と共に配置された超音波ホーンを備える超音波装置を用いており、上記超音波ホーンと上記受け部との間に形成されたギャップに上記生地を位置決めすることを目的としている。上記超音波ホーン及び／または上記受け部は、ギャップのサイズを調節可能に移動可能に配置され、また装置は、上記処理の過程で生地に供給されるエネルギーによって決まるギャップのサイズを調節するための制御ユニットを備えることを目的としている。

また、本発明は、少なくとも２つの生地層を備える生地の処理方法に関する。処理は、受け部と共に配置された超音波ホーンを備える超音波装置を用いており、当該方法は、上記超音波ホーンと上記受け部との間に形成されたギャップに上記生地を配置する工程と、上記超音波ホーン及び／または上記受け部の可動調節を用いてギャップのサイズを調節する工程と、上記処理の過程で供給されるエネルギーによって決まるギャップのサイズを調節する工程とを備えることを目的としている。

超音波技術は、連続する生地のウェブ(web)の処理のために設定された特定の工程に用いられる。この技術は、例えば不織(nonwoven)生地タイプまたは他の比較的薄い生地層の２つの生地層を結合するものとしてすでによく知られ、適している。また、超音波溶接として知られているこのような結合の場合、積層体は、２つの生地層から形成されている。このような積層体は通常、オムツや失禁パッド、衛生タオル及びパンティーライナーのような吸収性物品の生産において形成される。

また、さまざまな生地の結合への使用に加えて、超音波技術は、例えば穿孔、切断、パターンのエンボスまたは生地の成形など他種の処理に用いてもよい。超音波技術を用いた処理に適した生地例として、不織生地、すなわち例えばポリエチレン(polyethylene)、ポリプロピレン(polypropylene)、ポリエステル(polyester)、ナイロン(nylon)または同様のもののような繊維性生地からなる生地が挙げられる。異種の繊維の混合物を用いてもよい。また、超音波技術は、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンで形成された熱可塑性フィルムの処理に用いることができる。

吸収性物品のために２つの生地を結合させる方式の処理に関する限り、超音波装置は、超音波装置に属する超音波ホーン及び受け面に関して搬送されるまたは位置する連続した生地のウェブまたは別個の物品の形式で生地が供給されるような方法において概ね使用される。この受け面は、回転受けローラまたは受け部として機能する平面部により形成される。生地は、超音波ホーンと受けローラとの間に形成された比較的小さなギャップ内に適宜配置される。２つの生地のウェブの所望の結合を達成すため、超音波装置は、特定の強度及び特定のパワーで駆動される。

通常の用途においては、超音波ホーンと受け面との間のギャップがほぼ一定のままとなるように保持することが望ましい。しかしながら、超音波ホーンの操作の間における特定量の熱の発生を確立することが可能である。この熱の発生は、とりわけ超音波ホーンにおいて熱膨張を導き、さらにギャップのサイズの変化を招く。また、ギャップのサイズの変化は、超音波ホーン、特に実際に下方の生地に当接する端部の磨耗の結果として生ずる。超音波装置を用いた処理が不十分な結果を導くため、これは通常の状況における不利点である。例えば、過度に小さいギャップは、処理の間において生地を損傷させうる高いレベルの供給エネルギーを導くこととなる。逆の状況、すなわち過度に大きいギャップは、溶接効果が不十分となる可能性があり、したがって当該生地の結合が弱くなる。

上述した問題を解決するため、上記ギャップのサイズを調節可能な超音波装置を使用することは、すでに開示されている。この場合、これは、超音波装置に受け面に関連する機械的手段による移動をさせることによりなされる。超音波装置及び／または受け部が移動可能に配置されるために、この調節は、超音波装置の操作状況を反映するさまざまなパラメータ次第で実行される。

特許文献１には、上述した問題を解決するための超音波システムが示されている。この文献では、超音波ホーンから受けローラ上に作動する力を用いるロードセルタイプのセンサが使用されている。測定された力に対応する信号は、さらに上記力によって決まるギャップのサイズを調節するために超音波装置の制御をもたらすように設定された制御ユニットに供給される。したがって、ギャップのサイズは、最適値まで連続的に調節可能となり、当該工程中でほぼ同一レベルのエネルギーが生地に供給される。さらに、この目的は、均一かつ予測可能な超音波処理を提供することである。

超音波装置が生地及び受け面に影響を与える力によって決まるギャップのサイズの調節の原理がすでに開示されているにも関わらず、特定の状況では、このタイプの調節に関する改良の要請が依然として存在する。例えば、従来技術は、積層体を形成するための２つの生地のウェブの結合について超音波技術を用いた十分に均一かつ信頼できる処理がもたらされない。例えば、一方が他方よりも狭い場合、生地のウェブ間の均一かつ強固な結合を得ることが困難であり、このことは結局２つの生地のウェブに沿う構成生地の寸法、強度または他の特性のばらつきに帰着する。

上述の背景に反して、超音波技術を用いた装置及び方法への要求が依然として存在すると言うことができ、このため本発明は、２つまたはそれ以上の生地層からなる積層体のより均一、より耐久性の高くかつより効率的な封止をもたらすことを目的としている。
米国特許第６１９０２９６号明細書

したがって、本発明の主な目的は、上述した問題を解決すること、特に少なくとも２つの生地のウェブの結合を併用する均一かつ信頼性のある超音波装置を用いた処理を提供することにある。

上記目的は、前置きとして言及された種類の装置を用いて達成される。この装置は、上記生地の所定寸法の少なくとも１つを決定することを目的とした検出装置であって、少なくとも１つの上記寸法によって決まるギャップのサイズを調節するために設定された上記制御ユニットを併用する検出装置を備える。

また、この目的は、前置きとして言及された種類の方法を用いて達成される。この方法は、上記生地の所定寸法の少なくとも１つの検出工程と、少なくとも１つの上記寸法によって決まるギャップのサイズを調節する工程とを備える。

本発明により達成される有効な利点は、上記測定寸法がギャップのサイズの調節を目的とした入力パラメータとして使用されるため、処理の過程で生地に供給されるエネルギーがより均一性の高い値を維持できるという意味である。構成生地の幅の測定形式としての寸法測定は、本発明に従って用いられることが好ましい。したがって、本発明を介して、例えば２つの不織生地のウェブを結合する状況において高品質の非常に均一な処理をもたらす生地の実際の幅の関数として、ギャップのサイズの調節が達成される。これは、超音波処理を活用して供給されるエネルギーが構成生地の実際の寸法に適合しうるという事実のみに起因するものではない。

本発明において、最適な検査のための装置は、上記寸法測定と併用される。例えば超音波装置と共に配置されたビデオカメラの使用により、構成生地の幅の測定値が連続的に記録可能となる。そして、この測定値は、超音波ホーンと受け部との間のギャップのサイズを調節するために使用される。したがって、ギャップの制御は、処理の間に供給されるエネルギーの制御に対応する。

本発明を好ましい実施形態に関し、添付図面を参照しつつ以下に説明する。

図１は、本発明と共に用いることを目的とする超音波処理のための装置１の側面図である。より詳しくは、従来技術に従い、装置１は、超音波ホーン３を有する超音波装置２を備える。超音波ホーン３は、さらに接触装置４すなわち端部と共に実行される。

図１からわかるように、超音波装置２は、周囲が受け面を形成している回転受けローラ５に近接近して配置されている。より詳しくは、超音波ホーン３の接触装置４は、生地に向けて面しており、受けローラ５の周囲で短い距離だけ開けて配置されている。短いギャップ６、すなわち接触装置４と受けローラ５の周面との間の比較的短い距離は、このようにして形成される。このギャップ６を通って、２つの生地層７、８、より詳しくは生地の上層７と生地の下層８からなる積層体が搬送される。これら生地層７、８は、連続する生地のウェブからなり、ローラ（図示略）、折り重ねられた生地または類似のものから前方にギャップ６を通って搬送され、以下でより詳しく記述される方法で積層体を形成するように合わせる。

ここで、図１は、本発明における好ましい形態を示しており、本発明が発明の範囲内の代替の方法により実行されることに留意しなければならない。例えば、当該生地層は、連続する生地のウェブからなる必要はないが、代わりに個別に切断されてギャップを通って搬送される生地片からなってもよい。さらに、当該生地はこれらがギャップを通る運動中に搬送される必要はないが、代替としてこれら生地は実際の超音波処理の過程でギャップに配置されてもよい。

適切な駆動装置を活用した超音波装置内のギャップを通って生地のウェブを搬送する原理は、すでに開示されているため、この原理は、ここでは詳しく記述しない。

超音波装置２は、超音波技術、例えば溶接、切断、穿孔、エンボスまたは超音波処理の他のタイプの方法を用いた処理のために配置されている。超音波溶接タイプの処理、すなわち２またはそれ以上の生地層を合わせることは、以下で記述する形態で用いられる。しかしながら、本発明は、単に超音波溶接の使用に限定されず、代替として上述した処理のタイプの他のいずれかに用いてもよい。

本発明は特に、不織生地（nonwoven material）から成る材料のウェブ７、８への応用に好適である。ここで不織生地は、例えばポリエチレン(polyethylene)及びポリプロピレン(polypropylene) ようなポリオレフィン(polyolefin)、または、ポリエステル(polyester)、ナイロン(nylon)若しくは同様の代替材料のようなポリマー材料を含有した繊維性生地である。さらに、異種の繊維の混合物は、生地のウェブ７、８に使用可能である。このような生地は、特に、例えばオムツ、失禁パッド、衛生タオル、パンティーライナー形式の吸収性物品の製造に用いられる。しかしながら、本発明は、単に不織生地の処理の使用に制限されず、また、例として、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンのような熱可塑性材料のフィルムのような他の生地の処理に適用されてもよい。また、生地のウェブ７、８は、天然繊維（例えば、木または綿の繊維）、発泡生地または超音波処理を用いて溶接可能な他の生地で形成されてもよい。

当該製造工程の場合、超音波装置２は、すでに開示された方法で駆動される。この方法は、すなわち、生地層７、８が前進する間、超音波ホーン３の接触装置４を生地層７、８上に向けて下方に付勢し、これと同時に超音波装置２を特定の設定周波数及び出力パターンで駆動し、この結果２つの生地層７、８を互いに溶接する方法である。この様子は、図１の矢印（すなわち、図１において左に向かう）により概略的に示されている。この実施形態にしたがって、この溶接工程は、図１に示されるように配置される２つの生地層７、８で適切に実行可能となる。これは、図１のII−IIに沿う矢視図、すなわち超音波ホーン３を横方向で通って２つの生地層７、８に向けて下方に見た図である図２からわかる。図２からわかるように、上側の生地層７は、下側の生地層８の幅ｂ_２よりも狭い幅ｂ_１を有している。これら生地層７、８は、生地層７における側縁部７ａ、７ｂそれぞれに沿って、かつこれら側縁部７ａ、７ｂ間の適切な領域内で互いに溶接されることを目的としている。生地層７、８に施されている溶接パターン９は、特に図２に示されている。より詳しくは、溶接パターン９は、生地層７、８において搬送されてちょうど超音波ホーン３を過ぎた部分に沿って示されている。すなわち、溶接パターン９は、図２において超音波ホーン３の左側に位置しており、互いにラミネートされている。溶接パターン９は、すでに開示された方法により受けローラ５における適切な対応する設計の選択で選ばれている。

この点において、本発明は、図６ａ、６ｂを参照することでより詳細に記述される生地層のさまざまな構造が適用可能である点に留意しなければならない。また、現段階において、本発明は、図２に示される特定の構造であって２つの生地層７、８を有し、第２の生地層８が第１の生地層７よりも広く、第１の生地層７が他方の生地層８の上方に配置されて結局その側縁部の間に配置される構造に制限されないことが指摘されなければならない。

図２に示される実施形態を参照すると、このような方法で生地層７、８を結合することは、上側の生地層７の側部分７ａ、７ｂを厳密に封止するので望ましいことがわかる。この理由により、超音波ホーン３の接触装置４は断面で示されており、生地層７、８の長手方向に対してほぼ横に走る方向から見て、接触装置４の幅ｂ３が上側の生地層７の幅ｂ１を超えるように配置されている。生地層７、８の長手方向は、図２の矢印により示されている。上側の生地層７の幅ｂ_１が長手方向のいくらかの範囲において変更可能である事実の結果として、超音波ホーンの接触装置４の幅ｂ_３は、図２からわかるように、上側の生地層７の幅ｂ_１をいくらかの余白で超えなければならない。また、超音波ホーン３は、受けローラ５と接触する。受けローラの周面は、上述した溶接パターン９を実現するために、すでに開示された方法（ここでは説明されていない）により実施されている。また、図２からわかることにしたがって、この溶接パターン９は、上側の生地層７の側縁部７ａ、７ｂを短い距離だけ超えて広がっている。

選択された溶接パターン９は、例えば完成品の所望の性能、完成品の所望の外観及び効率的な製造を許容する意図（すなわち、プロセス工学の要求及び願望により決まる）など、いくつもの要因に基づく従来技術にしたがって実施される。図２に示す溶接パターン９は、この種の溶接パターンがどのようにして実施されうるかの単なる一例であって、例えばどのタイプの処理が望ましいかや、どの特性を完成品に求めるかなど、本発明の範囲内で非常に多くの変形が可能である。

とりわけ超音波ホーン３の熱膨張に関する紹介のために言及されている問題の結果のように、本発明における装置１は、ギャップ６のサイズを調節するように設定されている。したがって、この目的は、ある規定かつほぼ一定レベルのエネルギーを所望の超音波処理が達成されるように生地層７、８に供給することを確保することである。この目的のため、超音波装置２は、超音波ホーン３の接触装置４の位置が受けローラ５に関して変化可能な方法で移動可能なように配置されている。さらに図１を参照すると、装置１が電気モータまたは代替の油圧式駆動処置部からなりうる駆動ユニット１０を備えることがわかる。駆動ユニット１０は、超音波ホーン３の位置を受けローラ５に関して調節するために用いられる。これは、超音波装置２全体を駆動ユニット１０に関して移動させることにより適切に行われる。駆動ユニット１０は、固定部１１または図１で概略的に示されるものにしたがって同様のものに確実に取り付けられる。駆動ユニット１０自体は、パワー伝達部１２を介して超音波装置２に取り付けられている。また、駆動ユニット１０制御ユニット１３と電気的に接続されている。制御ユニット１３は、適切なコンピュータベースであって、以下でより詳細に説明されることにしたがって特定の入力信号により駆動ユニット１０を制御するように配置されている。

本発明が代わりに超音波装置２に代えて受けローラ５を移動可能に配置する方法により実施可能であることは、指摘されるべきである。さらなる変形において、受けローラ５及び超音波装置２両者が、ギャップ６のサイズを調節可能とすることを意図して移動可能に配置されてもよい。

駆動ユニット１０及び超音波装置２の間には、超音波ホーン３と生地層７、８とを接触に至らせたときに生地層７、８及び受けローラ５にかかる力Ｆを検出するためのセンサ１４を配置することが好ましい。このセンサ１４は、ロードセルタイプの適切なものであって、それ自身がすでに開示されたタイプのセンサである。センサは、機械的な力を電気的な出力信号に変換する原理に基づいている。また、本発明は、ロードセルに変わるものとして、例えば歪みゲージまたは圧電素子タイプなどのセンサにより実施可能である。

図１からわかるように、ロードセル１４は、制御ユニット１３に電気的に接続されている。これにより、制御ユニット１３は、ロードセル１４から受けた測定した力Ｆに関する信号により決まり、超音波装置２を受けローラ５に関する適切な垂直方向の位置に調節するように設定されている。すなわち、生地層７、８及び受けローラ５上にかかる力Ｆは、ロードセル１４の補助により検出可能となる。超音波装置２の温度変化の結果としてギャップ６のサイズが変化すると、ロードセル１４により検出される力Ｆも変化する。したがって、正確な供給エネルギー量により正確な超音波溶接を維持するため、制御ユニット１３は、図１の矢印１５で概略的に示されているように、垂直方向において行われる超音波装置２の移動を制御する方法で駆動ユニット１０を制御するために使用可能である。このため、この移動は、ギャップ６のサイズの変化を制御する結果となる。

本発明の基本原理は、構成生地層の特定の寸法の測定をギャップ６の細部の調節に使用することである。図示された実施形態において、この寸法調節は、測定された上側の生地層７を幅ｂ１（図２参照）とするように設定されている。そして、この幅の測定値は、ギャップ６のサイズの調節に用いられる。（所定の設定工程速度の下で）超音波溶接と連動する所定の貼合強度を達成するために必要なエネルギーが超音波ホーン３と受けローラ５との間の接触面積に依存するため、上側の生地層７における幅ｂ_１のいかなる変化も、供給エネルギーレベルが所望の溶接結果を達成するために最適とならない状態を招く場合がある。例えば、（長手方向から見て）上側の生地層７のある部分は、比較的小さい幅ｂ_１を示しており、超音波ホーン３を介して伝達されるエネルギーは、構成生地層７、８に対する関連する損傷の危険性と共に高くなる。逆に、上側の生地層７の特定の部分が比較的大きい幅ｂ_１を有していると、超音波ホーン３を介して伝達されるエネルギーは、関連する溶接接合部９が不完全となる危険性と共に低くなる。

溶接パターン９が上側の生地層７の側縁部７ａ、７ｂを超えるある範囲に広がるように受けローラ５及び超音波装置２が配置されているため、接触面が、超音波ホーン３の接触装置４と、生地層７、８の双方により覆われる溶接パターンの当該部分との間でこのようにして形成される。これは、接触領域が生地の幅の機能として表されうるという意味である。接触面の長さ自体は、受けローラの直径及び使用される溶接装置のタイプにより決まる。このパラメータは、各具体的な適用例に対して一定とされている。そして、（具体的な工程速度の下で）所定の貼合強度達成するために必要な入力エネルギーは、ライン速度及び接触面積の関数で表され、後者（接触面積）のパラメータが幅ｂ_１の任意の変形により変化する。したがって、ライン速度が一定で保持されるが幅ｂ_１が変化する工程では、入力エネルギーが意図された溶接工程にとって最適とならないことを意味する。

したがって、上述の理由により、本発明は、上側の生地層７の幅ｂ_１が継続的に測定される原理に基づいている。この形態において、幅の測定は、光検査ユニット方式の検出装置が用いられる。光検査ユニットは、生地層７、８に近接して配置されたカメラ１６から適切になる。カメラ１６は、図２で概略的に示されているように配置されており、部分１７に沿って恒久的に検査し、画像を記録する。部分１７は、生地層７、８の長手方向における短い距離で広がっており、最上側の生地層７の幅ｂ_１、すなわち生地層７、８の横断方向を所定の余白をもって越えている。この幅の測定値に対応する信号は、制御ユニット１３に伝達され、超音波装置２の位置、すなわちギャップ６のサイズを調節するために用いられる。

カメラ１６は、すでに開示された種類のものであり、この形態において部分１７内の画像を連続的に記録するために使用されるビデオカメラである。より正確には、カメラ１６は、感光性素子のアレイを備えており、感光性素子を活用すると同時に部分１７を構成する多数の点の範囲内における光の伝達を記録する。測定と共に、生地層７、８は、生地層７、８の長手方向においてカメラ１６に関して移動する。相対運動の間、カメラ１６は、部分１７、したがって上側の生地層７の側部分７ａ、７ｂを通過する範囲における光伝送を検出する。記録された画像に関する情報は、次いで画像処理用ソフトウエアを有する制御ユニット１３に伝送される。このソフトウエアは、両生地層７、８がカメラ１６の下を通過すると、上側の生地層７により形成される側部７ａ、７ｂそれぞれの位置を検出するように設定されている。上側の生地層７の幅ｂ１の測定値は、検出部分１７の範囲内における側部７ａ、７ｂ間の距離に関する情報から取得される。本発明は幅の測定が行われた生地層が積層体の最上側に位置する場合だけに限定されないことに留意しなければならない。本発明は、生地が積層体の最上側であるかまたは積層体における他のいくつかの位置を占めるか否かに関わらず、概ね積層体に包含された選択的な生地の幅または対応する寸法の測定に用いることができる。

代替の実施形態において、カメラは、例えばＣＣＤ（“電荷結合素子”）タイプ、すなわち感光性センサのアレイが１または複数配列されているタイプを用いることができる。部分１７における光の強度は、この配置の活用により検出される。ビデオカメラの場合と同様に、部分１７における光の強度に関する信号は、さらに画像解析及び処理をするために制御ユニット１３に伝送され、幅ｂ_１の測定値が取得される。さらなる変形において、検出装置は、例えばレーザ技術、すなわち幅ｂ_１を判断する目的の感光性検出部と協働して用いられるレーザ光源を有するものに基づいてもよい。さらなる形態において、検出装置は、ＩＲ（赤外線）技術またはマイクロ波センサに基づいてもよい。

図３は、上側の生地層７の幅ｂ_１の判断がギャップ６の寸法を規定することを目的とする使用法を概略的かつモジュール形式で示している。また、上述した要素のいくつかは、この場合ギャップ６のサイズを調節する機能を説明するために機能モジュール形式ではあるが、図３に示されている。この場合、カメラ１６は幅ｂ_１を判断することを目的として制御ユニット１３に供給される信号Ｓを記録するために用いられることに留意する。これと並行して、上述したロードセル１４は、生地層７、８及び受けローラ５上に作用する力Ｆを検出する目的で使用される。

制御ユニット１３は、信号Ｓを出発点として採用し、上側の生地層７における幅ｂ１の測定値を算出するように設定されて適切に設計されたハードウエア及びソフトウエアの形式の機能モジュール１３ａを備える。この幅寸法ｂ_１は、第２の機能モジュール１３ｂで補正係数ΔＦに変換される。この変換工程は、後述する。そして、補正係数ΔＦは、上記力Ｆの値に加算される。これは、上記加算のために配置された第３の機能モジュール１３ｃで行われる。したがって、補正係数ΔＦは、供給される溶接エネルギーであって上記幅ｂ_１に関する変形の結果として必要なエネルギーの変化を補正する値に相当する。溶接エネルギーの補正における幅ｂ_１の影響を示す係数は、異なる幅の生地に必要なエネルギーの理論的及び／または実証的な研究から導出される。また、ここで、受けローラ上にあって溶接継目９の設計を決定する溶接パターン（不図示）を考慮する。

したがって、第３の機能モジュール１３ｃからの信号は、和Ｆ＋ΔＦに相当する制御ユニット１３からの出力信号を構成する。そして、この出力信号は、ギャップ６のサイズを順に調節する上述した駆動ユニット１０に供給される。超音波装置２を用いた操作の間、ギャップ６をほぼ均一にし、最適な溶接エネルギーが２つの生地層７、８に供給される。

制御ユニット１３は、３つの上述した機能モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃが当該制御ユニット１３のために設計されたハードウエア及びソフトウエアを構成することを示すために、図３において破線で概略的に示されていることに留意しなければならない。

図４を参照すると、上側の生地層７の幅ｂ_１の測定値と機能モジュール１３ｂ（図３に示す）を用いて取得された補正係数ΔＦとの関係を示す曲線が表されている。この場合において、図４に示す曲線は、幅ｂ_１の測定から力Ｆに対応する信号に加えられる補正係数ΔＦへの変換の対応を表していることに留意する。この曲線の形状は、用いられる溶接パターンの形状及び機能に好ましくは基づいた理論上の関係と一致する。この場合に用いられている溶接パターンは、通常受けローラ５の外周の周囲に位置する複数の隆起した点（raised points）の形態をなしている。そして隆起した点の数、これらの位置、これらの寸法及び集中度（concentration）などは、いずれも幅寸法から補正係数への変換がどのように起こるかを決定する。この場合の曲線は、測定幅ｂ_１と、ギャップ６のサイズの最適な調節をもたらすため、すなわち生地層７、８に正確な溶接エネルギーを供給するために力Ｆの測定値に加えられる補正係数ΔＦと、のあらかじめ決定された関係として作り出されている。

したがって、本発明は、一般に上側の生地層７の幅ｂ_１によって決まる溶接工程のエネルギー量を制御するために用いられる。図４における曲線は、都合よく制御ユニット１３に記憶されており、幅ｂ_１の値は、補正係数ΔＦのための測定値に容易に変換可能となる。また、異なるタイプの受けローラ及びさらに異なるタイプの溶接パターンが用いられる異なる処理工程は、図４における曲線と異なる外観を与えることになる。さらに、本発明は、受けローラの変化が適切な方法で記録可能であり、どの溶接パターンが用いられているかについての正確な情報を制御ユニット１３が常に含むことを意味している。そして、この情報を用いて、対応する曲線は、幅ｂ_１から補正係数ΔＦへの変換に用いられる。

要するに、本発明が生地７、８の超音波処理用の調節エネルギーの連続する供給に用いられることが立証される。本発明におけるシステム及び方法は、例えば吸収性物品に用いられる所定の生地の積層体のため、大半が縁部に沿って連続している封止を目的として用いることに特に適している。一つの実用的な応用として、上側の生地層７の幅ｂ１は、その長手方向における±２０ｍｍのオーダーの大きさの変化であって、超音波ホーン３における±１２５Ｎのオーダーの大きさの変化に対応する変化を示す。この上側の生地層７の幅ｂ_１の影響は、比較的速い工程速度及び一縁部に沿って連続して溶接された継目が必要なこれらの適用において、顕著となる。そして、幅の測定値は、超音波処理が最適となるように生地層に供給される適切に必要なエネルギーに関連する。

また、上側の生地層の幅ｂ_１に関連する寸法測定の代替として、本発明は、生地層７、８の一方または他方の厚さ、また代替として生地層７、８の一体的な厚さのような他の寸法の測定を適用してもよい。さらなる代替として、幅及び厚さの組合せを本発明における調節に用いてもよい。

寸法測定に関連するさらなる代替案は、例えば受けローラ５の一縁部により表される参照位置から算出される生地層７の一縁部７ｂの連続した測定を含む。この測定値は、図２における参照符号ｄ_１で示されている。上述した一例により、この場合におけるギャップ６のサイズは、カメラ１６の活用によって検出された生地層７の縁部７ｂの瞬間的な位置によって調節可能となる。

上述した実施形態は、超音波装置２から発生した力Ｆに関する信号を供給するためにロードセル１４を用いることに基づいており、これと共に幅ｂ_１の測定値が補正係数ΔＦを決めるために用いられている。本発明は、原理上ロードセルがないこれらの場合においてさえも実施可能であることに留意すべきである。このような場合において、幅寸法単独または代替として複数の他のパラメータとの組合せは、ギャップのサイズの調節に用いることが可能である。

図５を参照すると代替の解決法であって、ロードセルを用いないが、一般に上側の生地層７の幅ｂ_１の測定値に適切な入力パラメータとして特定の寸法測定を利用する解決法が示されている。この場合の図５における制御ユニット１３’は、出発点としてカメラ１６からの信号Ｓを受け取って生地層７における幅ｂ_１の測定値を算出するように設定されるように適切に設計されたハードウエア及びソフトウエアの形式の機能モジュール１３ａ’を備える。この幅寸法ｂ_１は、第２の機能モジュール１３ｂ’において、さらにギャップ６のサイズを調節する駆動ユニット１０に供給される電気信号に対応する補正係数ΔＧに変換され、超音波装置２を用いた操作中に、ほぼ均一かつ最適な溶接エネルギーは、２つの生地層７、８に供給される。したがって、この代替の実施形態においても、補正係数ΔＧは、上記幅ｂ_１に関連する変化量の結果として必要とされる供給された溶接エネルギーの変化を補正する値と対応する。

本発明は、生地の幅または他の複数の同等のパラメータによって決まる供給エネルギーに関連する要求を有する熱機械または機械結合工程を用いた処理を併用した使用に概ね適している。例えば構成生地の少なくとも一方または他方よりも広い溶接パターンを必要とする溶接用途を目的として言及されうる。

図６ａは、図２における図と対応しているが、生地の異なる配置が用いられた本発明の代替の実施形態を示している。したがって、図６ａは、互いに部分的に重なっているだけだが、第１の生地層７’が第２の生地層８’に結合されなければならない場合を示している。これは、第１の生地層７が第２の生地層８の側縁部の範囲内に配置されている図２から十分に理解される変形と異なっている。

図６ａから十分に理解されるように、第１の生地層７’は、明確化のために特に斜線で特定されている。第１の生地層７’は、第２の生地層８’上に適宜配置されている。代替として、第１の生地層７’は、第２の生地層８’の下に配置されてもよい。超音波処理を活用して、生地層７’、８’は、溶接パターン９’が形成されるように、これらの各縁部に沿って結合されなければならない。検出装置１６、適切にはカメラは、この場合も用いられており、上側の生地層７’の一縁部７ａ’から参照位置、適切には受けローラ５の側面部または他の複数の固定された参照位置までの距離を示す寸法ｄ_１の検出に適している。したがって、この目的のため、カメラ１６は、第１の生地層７’の縁部７ａ’が位置しているであろうと考えられる所定領域に亘って延在している部分１７’を解析する。このため、幅寸法は、ここで用いられないが、その代わりに生地の長手方向に対するほぼ横方向における縁部の位置の変化の形式による寸法測定となっている。

図６ｂは、本発明のさらなる変形を示しており、３つの異なる生地が用いられており、より詳しくは、第１の生地層７”が、図６ａと同様の方法で、部分的に第２の生地層８”と部分的に重なっている。第３の生地層１８も存在しており、これは第２の生地層８”の反対側と重なっている。この構成において、超音波装置は、生地が互いに重なることで規定された２つの縁部に沿って溶接パターン９”を形成するために用いられる。この変形において、本発明は、第１の生地層７”と第３の生地層１８との対向する縁部間の距離ｂ_３を測定することにより用いられる。したがって、測定値は、超音波装置のギャップのサイズの調節のための上述した測定値と類似する形で用いられる。

上述と類似の方法により、図６ａ、６ｂにおける生地の配置の寸法測定は、生地積層体の最上層における１またはそれ以上の生地に限定されず、積層体の構成生地の全てで行ってもよい。

本発明は、上記に限定されず、また特許請求の範囲内でさまざまな実施形態が可能である。例えば、本発明は、溶接に限定されず、超音波技術を用いた他のタイプの処理であって、上側の生地層７の測定寸法によって決まるパラメータがギャップ６のサイズの調節に用いられる処理であってもよい。本発明は、例えば不織布生地または合成あるいは繊維生地の他のタイプなど他の生地のタイプであってもよい。本発明は、さまざまな数の構成生地層を有する積層体の異なるタイプに適用してもよい。

本発明における装置は、幅測定に関する測定信号及びフィードバック信号を処理可能であれば、入力溶接エネルギーを調節するさまざまなタイプの制御システムと実行されてもよい。

このシステムは、静止した超音波ホーン、すなわち非回転だが受け部に関して移動可能な超音波ホーンを併用して使用することが可能であり、または代替として回転可能な超音波ホーン及び静止した受け面を併用して使用することも可能である。

他の種類の受け面は、上述した受けローラ５の代替として用いられる。例えば、受け面は、受け部として機能する平面により形成可能である。

本発明と併用して用いることを目的とした超音波装置を示す概略側面図である。 図１に関して若干拡大した図１のII−II線に沿った断面図である。 本発明による超音波装置の調節方法を示す概略図である。 本発明による、測定寸法と調節に用いることを目的とした補正との間の関係を示す曲線である。 超音波装置の調節のための代替として用いられる概略方法を示す図である。 本発明を使用可能な代替の生地の配置を示す図である。 本発明を使用可能な代替の生地の配置を示す図である。

符号の説明

１ 装置
２ 超音波装置
３ 超音波ホーン
５ 受けローラ（受け部）
６ ギャップ
７，７’，７” 生地層，上層，構成生地層，ウェブ（生地）
７ａ，７ｂ，７ａ’ 側縁部
８，８’，８” 生地層，下層，構成生地層，ウェブ（生地）
９ 溶接パターン，溶接接合部（溶接継目）
１３ 制御ユニット
１４ センサ
１６ カメラ（検出装置）
１７，１７’，１７” 部分，検出部分
１８ 生地層（生地）
ｂ_１ 幅，測定幅（寸法）
ｂ_３ 距離（寸法）
ｄ_１ 寸法
Ｆ 力
ΔＦ，ΔＧ 補正係数

Claims (11)

1. 少なくとも２つの生地層を備える生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）の超音波装置（２）を用いた処理のための装置（１）であって、
   前記超音波装置が、受け部（５）と共に配置された超音波ホーン（３）を備え、前記超音波ホーン（３）と前記受け部（５）との間に形成されたギャップ（６）内に前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）を位置決めすることを目的としており、
   前記超音波ホーン（３）及び／または前記受け部（５）が、前記ギャップ（６）のサイズを調節可能なように移動可能に配置され、また当該装置（１）が前記処理の過程で前記生地に供給されるエネルギーによって決まる前記ギャップ（６）のサイズを調節するための制御ユニット（１３）を備えることを目的としており、
   さらに、当該装置（１）が、前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）の少なくとも１つの所定の寸法（ｂ_１；ｄ_１；ｂ_３）を決定するための検出装置（１６）を備えると共に、前記制御ユニット（１３）が、少なくとも１つの前記寸法（ｂ_１；ｄ_１；ｂ_３）により決まる前記ギャップ（６）のサイズを調節するように設定され、
   当該装置（１）が、前記超音波装置（２）が前記生地及び前記受け部（５）上に作用する力（Ｆ）を測定するためのセンサ（１４）を備えると共に、前記制御ユニット（１３）が、前記力（Ｆ）によって決まる前記ギャップ（６）のサイズを調節するように設定され、
   前記制御ユニット（１３）が、前記幅（ｂ_１）の測定値を前記調節中に前記力（Ｆ）に対応する値に加えられる補正係数（ΔＦ；ΔＧ）に変換するように設定されていることを特徴とする装置。
2. 前記寸法が、前記少なくとも１つの生地層（７）において該生地層（７）の長手方向のほぼ横方向に延びる幅（ｂ_１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記幅（ｂ_１）の測定値と前記補正係数（ΔＦ；ΔＧ）との関係が、前記受け部（５）で行われる溶接パターンの形状及び機能によって決まることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記検出装置（１６）が、前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）における所定の部分（１７；１７’；１７”）の光学検査を包含し、ビデオカメラまたはＣＣＤ装置であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記受け部（５）が、回転受けローラからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記超音波装置（２）が、積層体を形成するために少なくとも２つの前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）の超音波溶接の形式で処理を行うように設定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記生地層（７、８）が、下側の生地層（８）と溶接されるように配置される上側の生地層（７）を備えると共に、
   前記上側の生地層（７）が、前記下側の生地層（８）の幅（ｂ_２）よりも狭い幅（ｂ_１）を有すると共に、
   溶接継目（９）が、前記上側の生地層（７）の側縁部（７ａ、７ｂ）に沿って形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 少なくとも２つの生地層（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）を備える生地の超音波装置（２）を用いた処理のための方法であって、
   前記超音波装置が、受け部（５）と共に配置される超音波ホーン（３）を備える超音波装置（２）を備えると共に、
   当該方法が、
   前記超音波ホーン（３）と前記受け部（５）との間に形成されるギャップ（６）内に前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）を配置する工程と、
   前記超音波ホーン（３）及び／または前記受け部（５）の可動調節を用いて前記ギャップ（６）のサイズを調節する工程と、
   前記処理の過程で前記生地（７、８）に供給されるエネルギーによって前記ギャップ（６）のサイズを調節する工程と、
   前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）の所定の寸法（ｂ_１；ｄ_１；ｂ_３）の少なくとも１つを測定する工程と、
   少なくとも前記所定の寸法（ｂ_１；ｄ_１；ｂ_３）によって前記ギャップ（６）のサイズを調節する工程と、
   を備え、
   当該方法が、さらに、
   前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）及び前記受け部（５）に作用する力（Ｆ）を測定する工程と、
   前記力（Ｆ）によって前記ギャップ（６）のサイズを調節する工程と、
   前記幅（ｂ_１）の測定値を前記調節中に前記力（Ｆ）に対応する値に加えられる補正係数（ΔＦ；ΔＧ）に変換する工程と、
   を備えることを特徴とする方法。
9. 前記寸法を決定する工程が、前記少なくとも１つの生地層（７）において該生地層（７）の長手方向のほぼ横方向に延びる幅（ｂ_１）を測定する工程を備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記生地（７、８）の少なくとも１つの前記所定の寸法（ｂ_１；ｄ_１；ｂ_３）を測定する工程が、前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）における所定の部分（１７；１７’；１７”）の光学検査の形式であることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
11. 前記処理が、少なくとも２つの前記生地（７、８；７’、８’；７”、８”；１８）の超音波溶接をする工程を備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。

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