JP7454040B2 - ひだ付き又はひだ付き可能な材料を製造するための装置及び方法 - Google Patents

ひだ付き又はひだ付き可能な材料を製造するための装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、ひだ付き又はひだ付き可能な材料を製造するための装置及び方法に関する。ひだ付き又はひだ付き可能な材料は、少なくとも２つの材料ウェブ部分と、材料ウェブ部分（material web portions）の間に配置された少なくとも１つの糸（thread）とからなる。２つの材料ウェブ部分は少なくとも２つの接続面が互いに接続され、糸は材料ウェブ部分の間及び２つの接続面の間に配置され、その結果、糸は、第１の方向とこの第１の方向に垂直に配向された第２の方向とにおいて、糸と材料ウェブ部分との間でフォームロック接続するように、材料ウェブ部分の間に固定される。
糸と材料ウェブ部分との間の相対移動度は、第１の方向及び第２の方向に垂直に配向された第３の方向に設けられてもよい。
２つの材料ウェブ部分は、接続面を介して接続された２つの材料ウェブによって実現することができる。また、この材料ウェブの第１の材料ウェブ部分が第２の材料ウェブ部分に対向して位置し、糸が第１の材料ウェブ部分と第２の材料ウェブ部分との間に配置されるように材料ウェブを折り畳むことも可能である。
装置は、第１の封止面を有するソノトロードと、第２の封止面を有するカウンタツールとをさらに備える。ソノトロードは、超音波振動するように設計され、第１の封止面と２つの材料ウェブ部分との間の接触は溶接処理により行われ、材料ウェブ部分を一緒に溶接することによって接続面が形成される。
カウンタツールは、外側面と第１の円筒軸とを有する円筒形状である。第２の封止面は外側面に配置され、カウンタツールは円筒軸を中心に回転することができ、ソノトロード及びカウンタツールは材料ウェブ部分及び糸がカウンタツールの外側面に接する供給方向において、第１の封止面及び第２の封止面によって形成された間隙を介して案内されることができるように、処理位置に互いに対して配置されている。材料ウェブ部分の移動は、典型的にはカウンタツールの外側面の回転速度に対応する速度で行われる。材料ウェブ部分の間に配置される少なくとも１つの糸はその外周が縮小され、その長さが長くなるように、接続面の作成中にしばしば引張応力を受けて配置される。一旦、接続面の形成後に引張応力が解放されると、外周は再び拡大する。
このような工具は、例えば、特許文献１から知られている。
この場合、カウンタツールとして複雑な構造のローラが使用される。このカウンタツールの外側面にはリブがあり、その表面は次に、前記リブの配向に対して外側面に配置された切り欠きを備える。この工具では、糸を装置に設ける（threading）ことは相当量の労力を必要とする。型彫りカウンタツールの製造も非常に複雑である。異なる原料の糸に交換したり、同じ原料で厚みが異なる糸に交換した場合、原料ウェブと糸に使用する原料の組み合わせを変えた場合、処理中に糸を工具に保持する表面張力を変えた場合、複雑に刻まれたカウンタツールローラーを交換しなければならない。
米国特許第１０２５９１６５号（Ｂ２）号明細書
したがって、記載された技術水準に基づいて、本発明の目的は、記載された欠点を克服するか、又は少なくとも軽減することである。
本発明によれば、この目的は、ソノトロードが、供給方向に向けられ、好ましくは少なくとも１つの糸を少なくとも部分的に受け入れるために第１の封止面全体にわたって延びる少なくとも１つの溝を備えることによって達成される。糸が材料ウェブ部分に対してある方向に移動できるようにするためには、糸が前記材料ウェブ部分に溶接されていないことが必要である。したがって、糸は溝の内側に案内され、一方、封止面部分は、材料ウェブ部分が第１の封止面と第２の封止面との間に案内されるという点において、接続面を生成する溝を区画形成する。材料ウェブ部分は同様に、溝内に部分的に配置される。
糸が溝内で部分的にしか受けられない場合に、利点が達成されているにもかかわらず、糸は超音波処理中に溝内で完全に受け入れられることが好ましい。
更に、好ましい実施形態では、ソノトロードが少なくとも１つの糸を少なくとも部分的に受け入れるために供給方向に配向された複数の溝を備え、溝は好ましくは互いに０．１ｍｍと１００ｍｍとの間、特に好ましくは０．５ｍｍと２．５ｍｍとの間で離間されることが提供される。好ましい実施形態では、１５を超える、又は５０を超える溝が提供される。
非常に細い糸の使用も可能である。ソノトロードが非常に細い糸を有する集合材料を製造するのにも適している場合、溝の間の間隔は、更に小さくなるように選択することができる。間隔は例えば、０．２ｍｍ未満、最も好ましくは０．０１ｍｍ～０．１５ｍｍであり得る。
上述の方法で複数の糸が材料ウェブ部分に接続されると、ひだ付き可能な材料のひだ形成がより容易になることが示されている。したがって、ソノトロードは複数の溝を備え、各溝は処理中に少なくとも１つの糸を受け入れるように設けられる。糸は、あまりにも遠く離れていてはならない。また、処理される糸よりもかなり多くの溝を設けることも可能である。
さらなる好ましい実施形態では、少なくとも１つの溝が０．０２～１ｍｍの深さを有することが提供される。溝の深さは、使用される糸が少なくとも部分的に溝に係合できるような寸法でなければならない。糸径を小さくするために、処理中に糸に引張応力を加える必要がある場合がある。場合によっては、上述の溝深さが最良の結果を達成することが示されている。
さらなる好ましい実施形態では、少なくとも１つの溝が０．０２～１ｍｍの幅を有することが提供される。
さらに好ましい実施形態では、隣接する溝間の間隔が溝の幅よりも小さい。
少なくとも１つの溝が、半円形の断面、Ｕ字形の断面、又はＶ字形の断面を有する場合、さらに有利である。
断面がＵ字形の場合、溝の逃げ面が外側に傾いていると有利である。０～３０°、又はより好ましくは０～２０°のフランク角が特に好ましい。
さらなる好ましい実施形態では、第１の封止面が実質的に平坦であることが提供される。例えば、固定ソノトロードを使用することができ、これは、必要に応じて、材料ウェブ部分及び糸を設けるために、第２の封止面から離れるように移動させる。
しかしながら、第１の封止面は、実質的に平坦である溶接部と、溶接部に隣接して配置された入口部とを備えることも可能であり、入口部は凸状に湾曲しており、凸状に湾曲した入口部の曲率半径は、好ましくは１ｍｍより大きく、特に好ましくは５ｍｍより大きく、最も好ましくは６ｍｍから１５ｍｍの間である。溝は、溶接部と入口部の両方に配置することができる。この場合、少なくとも１つの糸は、入口部と溶接部の両方に当接するように供給されるべきである。これにより、処理中に溝から糸が残る危険なしに、少なくとも１つの糸を溝にしっかりと保持することができる。
また、ソノトロードは外側面および第２の円筒軸を有する円筒形であってもよく、第１の封止面は外側面上に配置され、第２の円筒軸の周りに回転可能であり、少なくとも１つの溝は好ましくは円形の方法でソノトロードの外側面の周りを走行する。
言い換えると、この実施形態ではソノトロード及びカウンタツールが両方ともローラ形状であり、互いにロールし、材料ウェブ部分及び少なくとも１つの糸は２つの側面の間に案内される。
さらなる好ましい実施形態では、カウンタツールが円周方向に配向されていない少なくとも１つの部分を有する少なくとも１つのリブを備えることが提供される。
リブは、接続部分を形成するのに役立つ。このリブは、ソノトロードからこの位置の材料ウェブ部分に溶接力が伝達されないので、ソノトロード上に溝が位置するところで中断される溶接シームを生成する。
リブは例えば、ジグザグ形状又は波形状とすることができる。
また、少なくとも１つのリブは直線状であってもよく、それによって、リブは第１の円筒軸に対して平行に配向される必要はない。
リブの特別な形状は、より良好な力の分配をもたらす。
さらなる好ましい実施形態では、第２の封止面が糸が第１の封止面の溝内に完全に受け入れられることを保証するために、少なくとも１つの糸を部分的に受け入れるための溝を備えないことが提供される。
別の実施形態では、第２の封止面が少なくとも１つの糸を部分的に受け入れるために、供給方向に配向され、好ましくは第２のツールの外側面を完全に囲む少なくとも１つの溝を備え、処理位置において、第１の封止面内の少なくとも１つの溝は第２の封止面内の少なくとも１つの溝と対向して配置され、少なくとも１つの糸が第１の封止面内の少なくとも１つの溝と第２の封止面内の少なくとも１つの溝の両方に同時に受け入れられるようになっている。
これらの方法は、また、材料ウェブ部分が、より大きな直径を有する糸に接続されることを可能にする。
特に好ましい実施形態では、ソノトロードが少なくとも部分的に被覆物を含み、少なくとも１つの溝が被覆物内に配置される。被膜部は例えば、硬質金属からなることができ、特に好ましくは、炭化タングステンからなる。溝が被膜物内に配置されているため、少なくとも１つの糸によって生じるソノトロード上の摩耗が許容レベルを超えた場合にのみ、被膜物を交換することが可能である一方、ソノトロード自体をさらに使用することが可能である。同じことは、溝の配置及び幾何学的形状が何らかの理由で変更されなければならない場合にも当てはまる。少なくとも１つの溝は例えば、腐食又は研削によって被膜物に導入することができる。
本発明はまた、材料が２つの材料ウェブ部分及び少なくとも１つの糸からなり、材料ウェブ部分が少なくとも２つの接続面で互いに接続され、糸が材料ウェブ部分の間及び接続面の間に配置されて、第１の方向及び第２の方向で糸と材料ウェブ部分との間でフォームロック接続し、第１の方向及び第２の方向が互いに垂直に配向される、ひだ付き又はひだ付き可能な材料を製造する方法に関する。
本発明によれば、上述のタイプの装置が使用され、ソノトロードが超音波振動している間に、２つの材料ウェブ部分が少なくとも１つの糸と共に間隙を通って供給方向に案内され、それによって糸が少なくとも１つの溝を通って案内されることが提供される。
弾性糸を使用することが可能である。次いで、少なくとも１つの弾性糸を処理中に引張応力下に置く。したがって、無負荷弾性糸の直径は、溝の直径よりも大きくすることができる。弾性糸を引っ張り応力の下に置くと、糸が付属の溝の内側に収まる程度まで弾性糸の直径が小さくなる。処理後、引張応力を再び解放することができ、その結果、糸の直径が再び増大し、その結果、糸が材料ウェブ部分間にクランプされる。材料ウェブ部分を糸に対して移動させることは依然として可能であるが、対応する摩擦力を克服し、おそらくは引張応力下に糸を配置する必要があり、その結果、材料の通常の使用中に、糸と材料ウェブとの間のいかなる相対的移動もほとんど存在しない。
材料ウェブ部分の間及び接続面の間に配置された糸の数よりも多い数の溝を有するソノトロードを使用することも可能である。その場合、どの糸がどの溝に受け入れられるかは明確な事前決定もない。その代わりに、各糸は、その位置に最も近い溝内にそれ自体を配置する。
更なる利点、オプション、及び可能な用途は、好ましい実施形態の以下の説明および関連する図面から明らかになるのであろう。
図１は本発明による装置の第１の実施形態の側面図である。 図２は図１の実施形態のソノトロードの第１の封止面上の平面図である。 図３は図１のソノトロードの斜視図である。 図４は図１の実施形態のカウンタツールの斜視図である。 図５ａ－５ｃは異なる実施形態の溝プロファイルの部分断面図である。 図６ａ－８ａは異なる実施形態のリブ構成の模式図である。 図６ｂ－８ｂは図６ａ－８ａのリブ構成を使用するときの接続面の構成の模式図である。 図９は本発明によるソノトロードの第２の実施形態の斜視図である。 図９ａは図９の拡大詳細図である。 図１０は図９のソノトロードの側面図である。 図１１は図９のソノトロードの封止面上の平面図の部分図である。 図１２は図９のソノトロードの封止面を通る部分断面図である。
装置１は、ソノトロード５およびカウンタツール９を含む。カウンタツール９は円筒状であり、円筒状ローラ９の外側面がｕ方向に回転できるように、円筒軸を中心に回転させることができる。
カウンタツールは、その側面上に封止面を備える。ソノトロード５は同様に、封止面を備えており、この封止面は、ソノトロード５の第１の封止面がカウンタツール９の第２の封止面に対面するように配置されている。２つの封止面の間に間隙が残り、この間隙を通って、２つの材料ウェブ部分３、４と、２つの材料ウェブ部分３、４の間に配置された糸又は糸２のグループとが、供給方向ｖに移動する。ソノトロード５は超音波振動を受けるので、ソノトロード５とカウンタツール９との間の間隙内で溶接処理が行われ、２つの材料ウェブ部分３、４が互いに溶接される。
ソノトロード５はブラケット６を備え、その目的はソノトロードをできるだけ振動非干渉状態に保持することである。
図２は、ソノトロード５の第１の封止面７上の平面図を示す。封止面７は略平坦かつ矩形であることが分かる。しかしながら、これは必ずしもそう必要はない。封止面７には一連の溝８が導入されている。これらの溝は、供給方向ｖの方向に向くように配置されている。
図３は、封止面７を有するソノトロード５の斜視図を示す。封止面７に導入されているＶ字状の溝８が分かる。
溝８は、糸２が少なくとも部分的に溝８内に受け入れられるような寸法にされている。２つの封止面の間で行われる溶接処理は、封止面と材料ウェブとの対応する接触に依存するので、溝８の領域には溶接が存在しない。その結果、２つの材料ウェブ部分の間の一つ又は複数の糸２は、長手方向、すなわち、二つの材料ウェブ部分によって形成された材料を集めるために、材料ウェブ部分に対して溝８が配向される方向に移動する。
凸部７’は隣接する溝８の間に形成され、その結果、ソノトロード５の第１の封止面７は複数の隣接する凸部（islands）７’からなる。各凸部７’は、カウンタツールの封止面上で対応する相手側要素に出会うとき、溶接処理中に２つの材料ウェブ部分の間に接続面を作り出す。
図４は、カウンタツール９の部分斜視図である。カウンタツール９はローラ形状であり、すなわち、円筒状の外側面を有する。この外側面が第２の封止面１０を形成する。第２の封止面１０には、封止面１０の全幅にわたって封止面１０の円周方向に対して横断方向に延びる複数のバー（bars）１１が配置されている。これらのバー１１は、凸部７’の対向要素として機能する。
バー１１は、円筒軸に対して小さな角度で配置されている。したがって、ソノトロード５によって材料ウェブ部分３、４に加えられる力はより均一である。
２つの材料ウェブ部分３、４の溶接は、凸部７’がリブ１１又はリブ１１の一部に対向する位置に来るときはいつでも行われる。凸部７’とリブ１１との間の残りの空間は非常に小さいので、２つの材料ウェブ部分３、４は互いに押し付けられ、ソノトロード５の超音波振動の結果として互いに溶接される。
図５ａ～５ｃは、ソノトロードの３つの異なる実施形態を示す。各図は溝８、８’、８”の形状を描いた部分断面図のみを示しているが、図５（ａ）ではＶ字型の溝８が見えるが、溝８、８’、８”も図５（ｂ）に示すようにＵ字型にすることができる。このＵ形状は、参照符号８’が付されている。このＵ形状は、Ｕ形状基部と、このＵ形状基部に対して直角に配置されていないが、糸２の受け入れを容易にするために０～３０°のフランク角で外側に傾斜している２つのＵ形状フランクと、からなっている。
代替的に、図５ｃに示すように、溝は半円形又は半楕円形の溝８”として構成することもできる。
図６ａは、溝８’を有する部分断面におけるソノトロード５を図式的に示す。カウンタツール９はソノトロード５に対向している。カウンタツール９上に配置されたリブは、図６ａにおいて、ジグザグ形状のリブ１１’として示されている。溝８’の間に位置するソノトロード５の凸部７’がリブ１１’と反対の位置にあるときはいつでも、２つの材料ウェブ部分３、４は一緒に溶接される。対応する溶接結果を図６ｂに示す。それぞれの接続面１２はリブ１１’の等高線（contour）に従うが、ソノトロードが対応する溝８’を有するときはいつでも中断される。
中断の目的は糸２を受け取ることである。
図７ａは、カウンタツール９上のリブのさらに別の配置を示す。ここでのリブ１１”は円筒軸に平行であるため、図７ｂに示す接続面１２の配置が結果として生じる。
最後に、図８ａは、ここでは波形であるリブ１１’”のさらなる構成を示す。これは、図８ｂに示すように、対応する接続面１２も波形構造に従うという結果を有する。ソノトロード５及びカウンタツール９の両方は、簡単な方法で製造することができる。
図９～１２は本発明の第２の実施形態の図を示す。
図９はソノトロード１３の斜視図を示す。ソノトロード１３は、封止面１４の方向の一点に先細りするくさび形の先端を有する。図３に示す第１の実施形態とは対照的に、ここでは、封止面１４が特に図９ａの拡大詳細図に見られるように、より多くの溝１６を含む。溝の数は非常に多く、すべての溝が糸を受け取るわけではない。したがって、このソノトロードは、異なる糸間隔を有する異なる数の糸を有する材料の製造にも使用することができる。
図１０は、このソノトロード１３の側面図を示す。封止面１４は、ほぼ半円形の断面を有する。しかし、実際、図１１の詳細な平面図に見られるように、封止面１４は、平坦である溶接部１５を備える。この溶接部１５は、入口部１７と、具体的には曲率半径７．５ｍｍの凸状に湾曲した出口部１８とに隣接している。
互いに平行に配置された複数の溝は、封止面１４に配置されている。図１２に溝の断面を示す。溝自体はＵ字形で、隣接する溝の逃げ面は逃げ面角度αが１４°である。隣接する溝の間隔ａは溝の幅ｂ未満である。この溝は、溶接部１５を越えて入口部１７及び出口部１８内に延びている。入口部１７及び出口部１８の凸曲率により、入口部１７及び出口部１８における溝の深さは、溝が溶接部から離れるほど徐々に減少する。
１ 装置
２ 糸
３ 材料ウェブ部分
４ 材料ウェブ部分
５ ソノトロード
６ ブラケット
７ 第１の封止面
７' 凸部
８、８’、８”, 溝
９ カウンタツール
１０ 第２の封止面
１１, １１’, １１”, １１’” バー／リブ
１２ 接続面
１３ ソノトロード
１４ 第１の封止面
１５ 溶接部
１６ 溝
１７ 入口部
１８ 出口部

Claims (15)

  1. ひだ付き又はひだ付き可能な材料を製造するための装置であって、
    前記材料は、少なくとも２つの材料ウェブ部分と、該２つの材料ウェブ部分の間に配置された複数の糸と、を有し、
    前記２つの材料ウェブ部分は、少なくとも２つの接続面で互いに接続され、前記複数の糸は前記２つの接続面の間に配置され、前記複数の糸は前記２つの材料ウェブ部分に接続され、第１の方向及び第２の方向で前記複数の糸と前記２つの材料ウェブ部分との間でフォームロック接続し、２つの方向は互いに垂直に配向されており、
    前記装置は、第１の封止面を有するソノトロードと、第２の封止面を有するカウンタツールと、を備え、
    前記カウンタツールは外側面及び第１の円筒軸を有する円筒状であり、前記第２の封止面は、前記外側面に配置され、前記第１の円筒軸を中心に回転可能であり、前記ソノトロード及び前記カウンタツールは、前記材料ウェブ部分及び前記複数の糸が、前記カウンタツールの前記外側面に接する供給方向において、前記第１の封止面及び第２の封止面によって形成された間隙を通って案内され得るように、処理位置に互いに配置される、装置において、
    前記ソノトロードは、供給方向に向けられ、好ましくは複数の糸を少なくとも部分的に受け入れるために第１の封止面の全体にわたって延在する複数の溝を備える、ことを特徴とする装置。
  2. 前記ソノトロードは、前記複数の糸を少なくとも部分的に受け入れるために供給方向に配向された複数の溝、特に好ましくは１５を超える溝、特に好ましくは５０を超える溝を有し、前記複数の溝は、０．２ｍｍ未満、最も好ましくは０．０１～０．１５ｍｍの間で、好ましくは互いに離間する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記複数の溝は、０．０２～１ｍｍ、好ましくは０．１～０．５ｍｍの深さを有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記複数の溝は、０．０２～１ｍｍ、好ましくは０．１～０．４ｍｍの幅を有し、隣接する溝の間隔は、好ましくは前記溝の幅未満であることを特徴とする、請求項１～３の何れか一項に記載の装置。
  5. 前記複数の溝は、半円形断面、Ｕ字形断面、又はＶ字形断面を有することを特徴とする、請求項１～４の何れか一項に記載の装置。
  6. 前記第１の封止面は、実質的に平坦である溶接部と、該溶接部に隣接して配置される入口部と、を備え、該入口部は凸状に湾曲し、凸状に湾曲した前記入口部の曲率半径は、好ましくは１ｍｍより大きく、特に好ましくは５ｍｍより大きく、最も好ましくは６ｍｍ～１５ｍｍの間である、請求項１～５の何れか一項に記載の装置。
  7. 前記複数の溝は前記溶接部及び前記入口部の両方に配置される、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
  8. 前記カウンタツールは、円周方向に配向されていない少なくとも１つの部分を有する少なくとも１つのリブを備え、前記少なくとも１つのリブは、好ましくは前記第２の封止面の幅全体にわたって延在する、ことを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の装置。
  9. 前記少なくとも１つのリブは、ジグザグ又は波状に成形されているか、又は直線状であり、特に、前記リブは前記第１の円筒軸に平行に配向されていない、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 前記第２の封止面は、前記複数の糸を部分的に受け入れるための溝を備えていない、ことを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の装置。
  11. 前記第２の封止面は、供給方向に配向され、好ましくは、前記複数の糸を部分的に受け入れるために、前記カウンタツールの外側面を完全に取り囲む複数の溝を備え、前記処理位置において、前記第１の封止面内の前記複数の溝は、前記第１の封止面内の前記複数の溝内及び前記第２の封止面内の前記複数の溝内の両方で、前記複数の糸を同時に受け入れることができるように、前記第２の封止面内の前記複数の溝に対向して配置される、請求項１～９の何れか一項に記載の装置。
  12. 前記ソノトロードは、少なくとも部分的に被覆物を含み、前記複数の溝は前記被覆物内に配置され、前記被覆物は、好ましくは硬質金属、特に好ましくは炭化タングステンからなる、ことを特徴とする請求項１～１１の何れか一項に記載の装置。
  13. ひだ付き又はひだ付き可能な材料を製造する方法であって、
    前記材料は、２つの材料ウェブ部分及び複数の糸からなり、前記２つの材料ウェブ部分は少なくとも２つの接続面で互いに接続され、前記複数の糸は、前記２つの材料ウェブ部分の間及び前記２つの接続面の間に配置され、第１の方向及び第２の方向において前記複数の糸と前記２つの材料ウェブ部分との間でフォームロック接続し、一方、前記複数の糸と材料ウェブ部分との間の相対運動が第３の方向で可能であり、３つの方向全てが互いに垂直に配向されている、方法において、
    請求項１～１２の何れか一つによる装置が使用され、前記２つの材料ウェブ部分は前記複数の糸と共に間隙を通って供給方向に案内され、一方、ソノトロードは超音波振動し、前記複数の糸は前記複数の溝を通って案内される、ことを特徴とする方法。
  14. 複数の弾性糸が使用され、該複数の弾性糸は処理中に引張応力下に置かれることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記２つの材料ウェブ部分の間および前記接続面の間に配置された糸の数よりも多い数の溝を備えるソノトロードが使用される、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
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