KR19990076633A - 초음파 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR19990076633A
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South Korea
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outer radial
workpiece
ultrasonic
radial surface
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Application number
KR1019980704741A
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English (en)
Inventor
토마스 아더 베트
Original Assignee
로날드 디. 맥크레이
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Publication date
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Application filed by 로날드 디. 맥크레이, 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. filed Critical 로날드 디. 맥크레이
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Abstract

작업편의 상태를 단속적으로 변화시키기 위한 초음파 방법 및 시스템이 개시되었다. 본 초음파 시스템은 상호 닙을 형성하는 밀접한 관계를 이루도록 위치된 초음파 혼과 회전식 모루 롤을 포함한다. 초음파 혼과 회전식 모루 롤의 하나는 각 외부 방사상 표면의 제1 단위 길이당 표면적량을 갖는 제1 길이부(40)와 각 외부 방사상 표면의 제2 단위 길이당 표면적량이 보다 적은 제2 길이부(42)를 갖는 외부 방사상 표면을 포함한다. 초음파 에너지가 초음파 혼에 가해진 경우, 제2 길이부가 닙에 있을 때 작업편의 상태를 변화시키지만, 제1 길이부는 상태를 변화시키지 않는다. 상태 변화는, 닙에서 가해진 경우, 제2 길이부(42)를 따른 표면적이 감소하여 상태를 변화시키는 데 필요한 최소한의 임계치까지 단위 면적당의 초음파 에너지를 증가시키기 때문이다. 작업편의 상태 변화에는 2개 또는 그 이상의 재료의 층을 함께 접합시키는 것, 하나 또는 그 이상의 재료의 층을 절단하는 것 등이 포함된다. 작업편을 처리하기 위한 다양한 패턴 및 디자인이 초음파 혼 및/또는 회전식 모루 롤의 작업 외부 방사상 표면에 구비될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 패턴의 제1 불연속 길이부가 각 제2 불연속 길이부들이 사이에 개재되면서 모루 롤 또는 초음파 혼의 일 회전에 걸쳐 수회 반복된다. 다른 실시예에서는, 모루 롤 또는 초음파 혼이 중심 지역의 양 측면 상에 위치한 대향하는 측면부를 포함하는데, 중심 지역은 패턴, 즉 감소된 표면적을 포함한다. 패턴은 각 외부 방사상 표면에서 하부 기부면으로부터 외부 방사상 표면의 제1 길이부에서의 반경과 동일한 반경까지 연장되는 랜드를 포함한다. 제1 길이부 내의 외부 방사상 표면과 동일한 반경 상에 제2 길이부의 외부 방사상 표면 내의 랜드가 있기 때문에, 각 초음파 혼 또는 회전식 모루 롤이 외부 방사상 표면에서 일정한 반경을 이루고, 따라서 초음파 시스템에는 초음파 혼 또는 회전식 모루 롤의 어느 하나의 표면 특성에 기인한 작업편의 장력 변화가 없다.

Description

초음파 시스템 및 방법
본 발명은, 바람직하게는 회전식 초음파 혼이 포함된 초음파 시스템과 그 사용법에 관한 것이다.
혼을 연속 진행하는 작업편 대하여 회전시키면서 초음파 에너지를 회전식 초음파 혼에 가하는 방법이 공지되어 있다. 엘러트(Ehlert)의 미국 특허 제5,110,403호는 작업편과 혼의 방사상 표면 혹은 작업면 사이의 연속적인 결합선을 따라 작업편의 표면에 초음파 에너지를 가하는 회전 혼을 개시한다.
라잘라(Rajala) 등의 이름으로 1995년 1월 31일에 출원된 미국 특허 출원 제08/381,363호는 하나 또는 다수의 작업편의 이격 지점에 초음파를 가하도록 초음파 혼, 또는 모루로부터 연장된 돌기를 개시한다.
상기 기술에는, 초음파 혼 또는 모루 상의 돌기를 이용하지 않고 하나 또는 다수의 작업편에 초음파 에너지를 단속적으로 혹은 불연속적으로 가하기 위한 장치 및 방법은 제시되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 돌기가 없이 주연부면의 반경은 일정하게 유지하면서 작업편의 상태를 단속적으로 변화시키도록 초음파 에너지를 이용하여 작업편을 가공하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 작업편이 회전식 모루 롤과 초음파 혼 사이의 닙을 거쳐 통과할 때 작업편의 상태가 변화되도록, 작업 외부 방사상 표면에서의 제1 단위 길이당 표면적량을 갖는 제1 길이부와 작업 외부 방사상 표면에서의 단위 길이당 표면적량이 보다 적은 제2 길이부를 갖는 회전 모루 롤을 포함하는 초음파 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 회전 모루 롤과 초음파 혼의 하나의 외부 방사상 표면의 제1 및 제2 길이부에 각 외부 방사상 표면에 패턴을 형성하는 랜드가 구비되도록 하여, 랜드의 단위 길이당 표면적이 감소되도록 함으로써, 초음파 혼에 의해 발생된 초음파 에너지가 회전식 모루 롤과 초음파 혼 사이의 닙을 거쳐 통과하는 작업편의 상태를 변화시키도록 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 기부면에 대한 직각에 대해서 약 5 도 내지 약 25 도의 내측 경사각으로 하부 기부면으로부터 연장되는 것이 바람직한 랜드를 외부 방사상 표면에 "X-Y" 패턴으로 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 작업편에 회전식 모루 롤 또는 초음파 혼의 표면 특성에 기인한 장력 변화가 없도록 하면서, 회전식 모루 롤과 초음파 혼 사이를 통과하는 재료를 초음파 에너지에 의해 접합, 절단 또는 재료의 다른 상태 변화를 일으키는 초음파 혼 및 회전식 모루 롤을 제공하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 초음파 혼(horn)과 회전식 모루(anvil) 롤을 포함하는 초음파 시스템에 관한 것이다. 재료를 접합하거나 절단하는 초음파 시스템이 기존에 있다. 초음파 혼은 초음파 혼과 회전식 모루 롤 사이의 닙을 통과하는 재료를 접합하거나, 절단하거나 다른 상태 변화를 일으키는 초음파 에너지를 가한다.
도1은 본 발명의 장치를 포함하는 가공 장치의 측면도.
도2는 본 발명의 모루 롤의 측면도.
도3은 도2의 3-3에서 취한 모루 롤의 단면도.
도4는 도2의 4-4에서 취한 모루 롤의 외부 방사상 표면을 곡률 반경을 무시하고 도시한 평면도.
도4A는 도4의 4A-4A에서 취한 외부 방사상 표면의 단면도.
도4B는 도4의 4B-4B에서 취한 외부 방사상 표면의 단면도.
도5는 회전식 초음파 혼 또는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제2 실시예를 곡률 반경을 무시하고 도시한 평면도.
도5A는 도5의 5A-5A에서 취한 외부 방사상 표면의 단면도.
도5B는 도5의 5B-5B에서 취한 외부 방사상 표면의 단면도.
도6은 회전식 초음파 혼 또는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제3 실시예를 곡률 반경을 무시하고 도시한 평면도.
도6A는 도6의 6A-6A에서 취한 외부 방사상 표면의 단면도.
도6B는 도6의 6B-6B에서 취한 외부 방사상 표면의 단면도.
도7은 회전식 초음파 혼 또는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제4 실시예를 곡률 반경을 무시하고 도시한 평면도.
도8은 도1의 장치에 의해 가공된 후의 작업편의 평면도.
도9는 회전식 초음파 혼 또는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면 상의 패턴을 형성하는 랜드의 확대 평면도.
도10은 도9의 10-10에서 취한 랜드의 단면도.
도11은 회전식 초음파 혼 또는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제5 실시예를 곡률 반경을 무시하고 도시한 평면도.
도11A는 도11의 11A-11A에서 취한 외부 방사상 표면의 단면도.
본 발명은 다음에 설명되거나 도면에 도시된 구조 및 부품의 배열의 세부에만 제한되어 적용되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예 혹은 다양한 방법으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 용어 및 어구는 설명을 위한 것일 뿐 제한적인 의미로 이해되어서는 안된다. 동일한 참조 번호는 동일한 부품을 나타낸다.
본 발명은 작업편 내의 상태를 단속적으로 변화시키기 위한 초음파 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템은 작업편의 상태를 변화시키는 모루 롤과 초음파 혼을 포함한다. 모루 롤과 초음파 혼의 하나는 제1 길이부를 따라 대체로 일정한 반경을 가지며, 제1 길이부의 반경과 대체로 같지만 표면적이 감소된 제2 길이부를 갖는다. 표면적의 감소는 작업편의 상태를 변화시키는 제2 길이부를 따라 단위 면적 당 초음파 에너지 밀도를 보다 높게 한다.
한 형태에 있어서, 본 발명은 초음파 혼, 초음파 에너지 출력부 및 주연부의 적어도 대부분을 따라 연장되는 외부 방사상 표면을 갖는 회전식 모루 롤을 포함하는 초음파 시스템에 관한 것으로, 회전식 모루 롤은 초음파 에너지에 의해 가공되는 작업편을 수용하고, 초음파 혼과 협동하여 작업편이 통과하기 위한 닙을 형성하도록 초음파 혼과 회전식 모루 롤 사이에 밀접한 관계를 이루고, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면은 초음파 혼과 상호 작용하고 회전식 모루 롤의 작용면의 단위 면적당 제1 초음파 에너지 밀도에 해당하는 단위 길이당 제1 표면적량을 형성하는 제1 길이부와, 초음파 혼과 상호 작용하고 회전식 모루 롤 상의 작용면의 단위 면적당 초음파 에너지 밀도가 보다 높은 제2 초음파 에너지 밀도에 해당하는 보다 적은 제2 표면적량을 형성하는 외부 방사상 표면의 별개의 다른 제2 길이부를 갖고, 초음파가 닙에서 작업편에 가해져 회전식 모루 롤의 제2 길이부가 닙에 있는 경우에는 초음파 에너지가 작업편의 상태를 변화시키지만, 회전식 모루 롤의 제1 길이부가 닙에 있는 경우에는 초음파 에너지가 작업편의 상태를 변화시키지 않는다.
일 실시예에 있어서, 외부 방사상 표면은 주연부 둘레로 대체로 일정한 반경으로 연장된다. 제1 길이부의 제1 부분과 제2 길이부의 제2 부분은 주연부 둘레로 일정한 제1 및 제2 반경을 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 있어서, 작업편은 초음파 혼과 회전식 모루 롤 중의 어느 하나의 표면 특성에 기인한 장력의 변화가 거의 없는 초음파 시스템을 통과한다.
제2 길이부에는 하부 기부면으로부터 연장되는 랜드의 패턴이 포함된다. 일 실시예에서, 패턴은 X-Y 패턴을 포함한다. 랜드는 약 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 약 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 기부면으로부터 외부로 연장되는 것이 바람직하다. 랜드는 일반적으로 기부면에 대한 직각에 대해서 약 5 도 내지 약 25도, 바람직하게는 약 15 도의 내측 경사각으로 기부면으로부터 연장된다.
일 실시예에 있어서, 제1 길이부 및 제2 길이부를 포함하는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면은, 주연부 둘레에 일정한 제1 최소 반경을 갖는 제1 중심 지역과, 제1 중심 지역의 대향하는 측면 상에 배치된 제2 및 제3 측면 구역을 포함하는데, 이 제2 및 제3 구역은 제1 중심 지역의 제1 최대 반경 미만의 제2 및 제3 최대 반경을 각기 갖는다. 제2 및 제3 반경은 일반적으로 약 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 약 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 제1 최대 반경보다 작다.
다른 실시예에 있어서, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제1 길이부 전체는 제1 최대 반경에서 대체로 균일한 표면 특성을 갖고 제1 유효 폭을 가지며, 제2 길이부는 제2 최대 반경에서 대체로 균일한 상기 제1 길이부에서와 동일한 표면 특성을 갖고 보다 좁은 제2 폭을 가지고 있어서 외부 방사상 표면의 제2 단위 길이당 표면적량이 보다 적게 형성된다.
몇몇 실시예에서, 상태 변화에는 작업편의 적어도 2개의 재료층을 접합하는 것이 포함된다. 다른 실시예에서, 상태 변화에는 절단도 포함한다.
바람직한 실시예에서, 접합 또는 절단되는 적어도 1개의 층은 폴리프로필렌으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 있어서, 회전식 모루 롤은 약 1500 ㎝/분(50 피트/분) 내지 약 36000 ㎝/분(1200 피트/분)의 속도로 닙을 통해 작업편을 이송한다. 초음파 시스템은 외부 방사상 표면의 제2 길이부를 따라 약 30 내지 약 155.0 주울/㎠(1000 주울/제곱 인치)의 에너지를 생성하는 것이 바람직하다. 초음파 에너지가 작업편 상의 소정 지점에 약 0.001 초 내지 약 0.0010 초의 기간 동안 가해지도록 하는 속도로 작업편은 닙을 통해 이송될 수 있다. 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤은 각각의 외부 방사상 표면에서 공통 선형 속도로 회전할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 초음파 혼은 회전식 초음파 혼을 포함한다. 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤이 함께 닙 내에서 작업편에 압축력을 가할 수 있다. 회전식 초음파 혼은 약 17.78 ㎝(3 인치) 내지 약 17.78 ㎝(7 인치)의 직경을 가지며 약 2.54 ㎝(1 인치) 내지 약 10.16 ㎝(4 인치)의 두께를 갖는다. 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제1 길이부가 닙 내에 있는 경우에 초음파 시스템에 의해 일반적으로 생성되는 초음파 에너지는 작업편의 상태를 변화시킬 수 없다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면은 제2 길이부의 단위 길이당 표면적량보다 큰 제3 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제3 길이부와, 제2 길이부의 단위 길이당 표면적량과 대체로 동일한 제4 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제4 길이부를 가지며, 제1, 제2, 제3 및 제4 길이부는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면에 대해 순차적으로 배열된다.
다른 실시예에 있어서, 랜드는 제2 길이부의 외부 방사상 표면의 대체로 모든 지역으로부터 연장된다.
또다른 실시예에 있어서, 랜드는 제2 길이부의 외부 방사상 표면의 중심 지역 내에 한정된다.
본 발명은 초음파 에너지를 출력하고 제1 회전축을 갖고 제1 주연부는 제1 외부 방사상 표면을 형성하는 회전식 초음파 혼과, 제2 회전축을 갖고 제2 주연부는 제2 외부 방사상 표면을 형성하는 회전식 모루 롤을 더 포함하고, 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤의 사이에 닙을 형성하는 밀접한 관계를 이루도록 회전식 모루 롤은 회전식 초음파 혼과 협동하고, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나는 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하고 작용면의 단위 면적당 제1 초음파 에너지 밀도에 해당하는 제1 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제1 길이부와, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하고 보다 높은 작용면의 제2 단위 면적당 초음파 에너지에 해당하는 각 외부 방사상 표면의 보다 적은 제2 단위 길이당 표면적량을 형성하는 각 외부 방사상 표면의 별개의 제2 길이부를 갖고, 이로써 초음파 에너지가 닙에서 작업편에 가해지는 경우에, 제2 길이부가 닙을 통과하면, 초음파 에너지가 작업편의 상태를 변화시키고, 제1 길이부가 닙을 통과하면, 초음파 에너지는 작업편을 동일하게 변화시키지 못한다.
다른 실시예에서, 제1 외부 방사상 표면은 대체로 제1 주연부 둘레로 연장되는 대체로 일정한 제1 최대 반경을 가지며, 제2 외부 방사상 표면은 대체로 제2 주연부 둘레로 연장되는 대체로 일정한 제2 최대 반경을 갖는다.
다른 실시예에서, 적어도 제1 길이부의 제1 부분과 제2 길이부의 제2 부분은 주연부 둘레에 일정한 제1 및 제2 반경을 유지한다.
다른 실시예에 있어서, 제1 길이부와 제2 길이부를 갖는 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나는 제1 및 제2 주연부의 각각에 대해서 일정한 제1 최대 반경을 갖는 제1 중심 지역을 포함하고, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나는 제1 중앙 지역의 대향하는 측면 상에 배치된 제2 및 제3 측면 지역을 포함하고, 이 제2와 제3 측면 지역은 제1 중심 지역의 제1 최대 직경 미만의 제2 및 제3 최대 반경을 각기 갖는다. 제2와 제3 최대 반경은 약 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 약 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 제1 최대 반경보다 작다.
다른 실시예에 있어서, 제2 및 제3 최대 반경을 포함하는 제2 및 제3 측면 지역은 대체로 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나의 주연부 전체에 걸쳐 연장된다.
또다른 실시예에 있어서, 각 외부 방사상 표면의 제1 길이부 전체는 제1 최대 반경에서 대체로 균일한 표면 특성을 가지며 제1 유효 폭을 갖고, 각 외부 방사상 표면의 제2 길이부는 제2 최대 반경에서 대체로 균일한 동일한 표면 특성과 보다 좁은 제2 폭을 가지고 있어서 보다 적은 각 외부 방사상 표면의 단위 길이당 표면적량을 형성한다.
또한 본 발명은 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤 사이에 일정한 압력을 가하면서 작업편의 상태를 단속적으로 변화시키는 방법에 관한 것으로, 회전식 초음파 혼이 제1 주연부 둘레로 연장되는 제1 외부 방사상 표면을 갖고, 회전식 모루 롤이 제2 주연부 둘레로 연장되는 제2 외부 방사상 표면을 갖고, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나가 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하고 제1 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제1 길이부와, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하여 보다 높은 작용면의 단위 면적당 초음파 에너지 밀도에 해당하는 보다 적은 제2 단위 길이당 표면적량을 형성하는 별도의 제2 길이부를 갖도록 된, 회전식 초음파 혼을 회전식 모루 롤과 밀접한 관계로 위치시켜서 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤의 사이에 작업 닙을 형성하는 단계와, 회전식 초음파 혼에 초음파 에너지를 가하면서 비교적 일정한 속도로 작업편을 작업 닙을 통해 전진시키고, 각 외부 방사상 표면의 제1 및 제2 길이부를 닙을 통해 전진시켜서, 제2 길이부가 닙을 통과할 때 초음파 에너지에 의해 작업편의 상태를 변화시키고, 제1 길이부가 닙을 통과할 때는 작업편의 각 상태를 변화시키지 않는 단계를 포함한다.
본 발명은 작업편에 초음파 에너지를 가하여 작업편의 상태를 단속적으로 변화시키는 장치 및 방법을 설명하고 있다. 본 발명은 일반적으로 기저귀, 여성 위생 용품 등과 같은 흡수 작업편의 제조에 이용된다.
본 발명은 도면을 참조하면 보다 잘 이해될 수 있다. 도1은 중심축(9)을 중심으로 회전하는 회전식 모루 롤(10)을 포함하는 초음파 시스템(8)의 측면도를 도시한다. 모루 롤이 회전하면서, 롤은 제1 회전 롤(14)에 의해 이송되는 제1 기층 웨브(12)와, 제2 회전 롤(16)에 의해 이송되는 제2 웨브(18)를 수용한다. 제2 웨브(18)는 제1 웨브(12)의 외부면 상에 수용되며, 제1 웨브(12)는 회전식 모루 롤(10)에 의해 지지된다. 제1 및 제2 웨브(12, 18)는 회전 롤(16)에서 대면 관계로 상호 나란하게 위치되어 회전식 모루 롤(10) 상에 작업편을 형성한다. 회전식 초음파 혼(22)과 회전식 모루 롤(10)은 상호 밀접한 관계로 위치되고 닙(12) 또는 작은 간극을 사이에 형성한다. 회전식 모루 롤(10)이 계속 회전하면서, 작업편(20)은 닙(24)을 통과한다. 모루 롤(10)과 초음파 혼(22) 사이의 닙(24)을 통과한 후에, 작업편(20)은 회전 롤(26) 둘레를 통과하는 모루 롤(10)로부터 벗어나서 예를 들어 추가 공정 또는 완성된 작업편의 포장을 위해 도1에 도시된 워크스테이션으로부터 멀리 이동된다.
각 제1 웨브(12)와 제2 웨브(18)는 필름, 적층, 또는 섬유 웨브와 같은 하나 또는 다수의 가요성 재료층으로 이루어질 수 있다. 제1 웨브와 제2 웨브(12, 18)는 초음파 에너지를 이용하여 상호 접합될 수 있는 부직(nonwoven)과 그렇지 않으면 양립성 열가소성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 용어 "양립성(compatible)"이라 함은 2개 층의 폴리프로필렌 또는 2개 층의 폴리에틸렌과 같이 상호 접합 가능한 재료를 의미한다. 이와는 달리, 제1 웨브와 제2 웨브(12, 18)가 비양립성 재료로 이루어질 수 있다. 통상적으로, 제1 및 제2 웨브(12, 18)는 약 0.00254 ㎝(0.001 인치) 내지 약 0.3175 ㎝(0.125 인치)의 두께를 각기 갖는 웨브(12, 18)의 여러 층으로 이루어진다. 작업편(20)이 2개의 재료층만으로 형성된 것으로 도시되어 있으나, 웨브(12, 18)는 적어도 6개까지의 재료층을 포함할 수 있으며, 때로는 그보다 많은 재료층을 포함할 수 있다.
적절한 초음파 혼(22)은 다음에 설명할 바와 같이 랜드 및 다른 표면 특성이 변경 가능한 엘러트(Ehlert)의 미국 특허 제5,110,403호에 개시된 것과 같은 회전식 초음파 혼이다. 미국 특허 제5,110,403호는 이와 같은 회전식 초음파 혼(22)의 일반적인 구조 및 용도를 설명하기 위해 참고로 본 명세서에 개시되었다. 한편, 초음파 혼(22)은 당해 분야의 숙련자에게 주지된 부동 초음파 혼일 수 있다. 초음파 혼(22)이 회전식 혼인 경우, 초음파 혼(22)은 약 7.62 ㎝(3 인치) 내지 약 17.78 ㎝(7 인치)의 직경과 약 1(2.54 ㎝) 내지 약 10.16 ㎝(4 인치)의 두께를 갖는다. 초음파 혼의 바람직한 직경은 약 15.24 ㎝(6 인치)이고 두께는 약 5.08 ㎝(2 인치)인 것이 바람직하다.
초음파 혼(22)에 전원을 공급하기 위한 소정의 발전기(도시되지 않음)는 예를 들어 미국 코네티컷주 댄버리 소재의 브랜슨 소닉 파워 캄파니 등으로부터 입수할 수 있다. 초음파 혼(22)은 주연부 둘레에 외부 방사상 표면을 포함한다. 회전식 초음파 혼(22)이 바람직하지만, 본 발명에는 미국 특허 제5,110,403호의 배경 기술에 개시된 비회전식(예를 들어, 플런지식) 초음파 혼도 가능하다.
초음파 혼(22)에 의해 가해지는 초음파 에너지량을 조절하기 위해, 대개 닙(24)에서의 닙 압력, 혼 진동의 진폭, 초음파 혼(22)이 작업편(20)에 가하는 시간의 혼합 변수를 조절한다. 몇 개의 변수의 혼합 작동 범위 내에서, 이들 한 변수의 증가는 에너지 인가량을 증가시킨다. 이들 변수들은 단위 면적당 약 6.45 주울/㎠(30 주울/제곱 인치) 내지 155.0 주울/㎠(1000 주울/제곱 인치)의 밀도를 제공하고 바람직하게는 상태를 변화시키기 위해 충분한 시간 동안 작용하는 작업편(20)의 일부에 적어도 15.5 주울/㎠(100 주울/제곱 인치)를 제공하도록 조절된다. 물론, 결합된 연속 웨브(12, 18)가 닙(24)을 통해 계속 전진할 때 작업편(20)의 일부의 상태는 계속 변한다.
각 외부 방사상 표면에서의 회전식 초음파 혼(22)과 회전식 모루 롤(10)의 선형 속도는 동일한 것이 바람직하다. 회전식 모루 롤(10)의 바람직한 실시예는 약 1500 ㎝/분(50 피트/분) 내지 약 36000 ㎝/분(1200 피트/분)의 속도로 작업편(20)을 이동하며 바람직하게는 적어도 15000 ㎝/분(500 피트/분)의 속도로 이동한다. 소정 지점에서 작업편(20)에 초음파 에너지가 가해지는 시간은 약 0.0001 초 내지 약 0.0010 초인 것이 바람직하다. 회전식 초음파 혼의 여기 진동수는 약 18 ㎑ 내지 약 60 ㎑인 것이 바람직하다.
도2와 도3을 참조하면, 외부 방사상 표면(34)을 갖는 적절한 모루 롤(10)이 도시되었다. 도3의 단면도는 제1 중심 지역(36)과, 외부 방사상 표면(34)의 제2 및 제3 측면 지역(38)을 분명히 도시한다. 측면 지역(38)은 중심 지역(36)의 최대 반경보다 작은 최대 반경을 갖는다. 중심 지역(36)에서의 직경과 측면 지역(38)에서의 반경 간의 차이("DR")는 약 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 약 0.508 ㎝(0.20 인치)이다(도4A 참조).
도4는 도2의 4-4에서 취한 모루 롤(10)의 외부 방사상 표면(34)을 곡률 반경을 무시하고 도시한 평면도이다. 이 평면도는 외부 방사상 표면(34)의 제1 길이부(40)의 일부와 외부 방사상 표면(34)의 제2 길이부(42)의 전체를 도시한다. 제1 길이부(40)는 중앙 지역(36)과 대향하는 측면 지역(38)을 포함한다. 제2 길이부(42)는 측면 지역(38)은 포함하지만, 중심 지역(36)은 아래 기부면(45)으로부터 연장되는 랜드(44)의 패턴에 의해 변형되어 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 제1 길이부(40)는 제2 길이부(42)의 양 단부(42A, 42B) 사이의 외부 방사상 표면(34) 둘레 전체를 연장된다. 이리하여, 도4에 도시된 외부 방사상 표면의 주연부 전체는 하나의 제1 길이부와 하나의 제2 길이부(42)만을 포함한다.
당해 분야의 숙련자라면 랜드(44)의 패턴이 랜드(44)가 기부 부재(45)로부터 연장되는 돌기로서 남겨지도록 재료를 기부면(45)에 이르기까지 깍아서 제조됨을 알 수 있다.
랜드(44)의 상부(46)는, 도4A와 도4B의 단면도로 도시된 바와 같이, 회전축(9)으로부터 제1 길이부(40)의 중심 지역(36)의 반경과 대체로 동일한 반경에 위치한다. 도4A는 제1 길이부(40)를 따른 외부 방사상 표면(34)의 단면을 도시한다. 도4B는 도4의 4B-4B에서 취한 외부 방사상 표면(34)을 가로지른 부분 단면도를 도시한다. 2개의 랜드(44)가 도시되었다. 대향하는 측면 지역(38)은 도4B에 도시된 바와 같이 랜드(44) 사이의 하부 기부면(45)과 동일한 반경을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 중심 지역(36)은 랜드(44)를 제외한 중심 지역(36) 내의 외부 방사상 표면(34)의 적어도 일부, 바람직하게는 전체에 걸쳐서 대체로 일정한 작은 반경을 갖는다. 대향하는 측면 지역(38)의 반경은 모루 롤(10)의 주연부 전체에 대해서 대체로 일정하고 중심 지역(36) 내의 작은 반경과 동일하다. 이와 같은 이유로, 대체로 모루 롤(10)의 주연부 전체는 제2 길이부(42) 내의 랜드(44) 패턴을 제외하고는 대체로 연속적인 일정한 반경을 갖는 연속적인 외부면으로 간주될 수 있다. 제2 길이부(42)에서 조차, 외부 방사상 표면(34)의 극단, 즉 랜드(44)의 상부(46)는 외부 방사상 표면(34)의 최대 반경의 연속성을 나타낸다. 이리하여, 닙(24)을 통과할 때 외부 방사상 표면(34)의 주연부를 따른 단차를 격지 않고, 또 외부 방사상 표면(34)이 일정한 반경, 즉 일정한 직경을 갖기 때문에 작업편(20)의 장력 상의 단차를 격지 않고도, 초음파 혼(22)과 함께 작업편(20)에 초음파 에너지를 가할 수 있게 된다.
도2 내지 도4와 도4A 및 도4B의 실시예는 제1 길이부(40)와 제2 길이부(42)가 모루 롤(10)의 외부 방사상 표면(34)에 있는 것으로 도시되어 있으나, 그 대신에 혹은 추가로 제1 길이부(40)와 제2 길이부(42)가 초음파 혼(22)의 외부 방사상 표면의 일부일 수 있다. 도4는 외부 방사상 표면(34)에 있는 제1 길이부(40)와 제2 길이부(42)만을 도시하고 있으나, 제2 길이부(42)로 형성된 랜드(44)로 이루어진 다수의 길이부들이 초음파 혼(22) 또는 회전식 모루 롤(10)의 외부 방사상 표면에 위치될 수 있다. 이러한 다수의 길이부(40, 42)가 도7에 도시되었다.
작동 시, 초음파 시스템(8)은 다음과 같이 작동한다. 제1 웨브(12)가 회전식 모루 롤(10)의 외부 방사상 표면(34) 상의 회전 롤(14) 둘레에 당겨진다. 제2 웨브(18)도 외부 방사상 표면(34)에서 제1 웨브(12) 상의 회전 롤(16) 둘레에 당겨진다. 웨브(12, 18)는 웨브가 내부에 나란하게 형성된 일련의 작업편(20)을 이루고 회전식 모루 롤(10)에 의해 회전식 초음파 혼(22)으로 보내진다. 회전식 초음파 혼(22)과 회전식 모루 롤은 함께 초음파 혼(22)과 회전식 모루 롤(10) 상의 회전 방향(48, 49)으로 각기 도시된 바와 같이 공통 진행선으로 회전한다. 따라서, 초음파 혼(22)과 모루 롤(10)은 닙(24)에서 모루 롤(10)에 대하여 초음파 혼(22)에 의해 가해지는 일정한 힘으로 작업편(20)을 압축한다. 외부 방사상 표면(34)의 제2 길이부(42)가 닙(24)을 통과하여 작업편(20)을 가압하면, 제2 길이부(42)는 초음파 혼(22)과 상호 작용하고 제2 단위 길이당 표면적을 갖는데, 이는 각 작업편 내의 상태 변화(예컨대, 절단 또는 접합)를 활성화시키기에 충분한 회전식 모루 롤(10) 상의 활성면의 제2 단위 면적당 초음파 에너지에 해당한다. 외부 방사상 표면(34)의 제1 길이부(40)가 닙(24) 속으로 회전하여 작업편(20)과 맞닿으면, 증가된 단위 길이당 표면적이 보다 넓은 면적에 걸쳐서 초음파 혼(22)에 의해 가해지는 초음파 에너지를 소모하여, 단위 면적당의 에너지 밀도를 낮추고, 낮은 에너지 밀도는 임계 에너지 밀도보다 낮게 하여, 제2 길이부(42)에 의해 상태 변화를 일으키기에는 너무 낮도록 한다. 이리하여, 길이부(42)에서 증가된 에너지 밀도는, 닙(24)에서의 압력을 변화시키기 않고, 또 닙(24)에서의 압력의 변화 없이도, 외부 방사상 표면(34)의 제2 길이부(42)가 닙(24) 내에 있는 경우, 초음파 혼(22)이 작업편(20) 내의 상태를 변화시킬 수 있도록 한다.
작업편(20)의 상태 변화에는 작업편(20)의 접합 또는 절단 등이 포함된다. 접합은 2개 또는 그 이상의 재료의 층을 잇거나 부착시키는 것을 말한다. 절단은 하나 또는 그 이상의 재료의 층을 통해 간극 또는 구멍을 형성하거나, 예를 들어 다음 작업편으로부터 선행 작업편을 끊는 것이다.
도5 내지 도7 및 도11은 본 발명에 유용한 다른 외부 방사상 표면의 평면도를 도시한다. 아래에서 이들 외부 방사상 표면을 모루 롤(10)의 외부 표면(34)으로서 설명하기로 한다. 이와 같은 지점이 바람직하지만, 이들 및 관련 외부 방사상 표면은 초음파 혼(22)의 외부 방사상 표면에도 이용될 수 있으며 마찬가지로 효과적으로 기능한다. 따라서, 본 설명은 모루 롤(10) 상의 도5 내지 도7의 실시예의 용도에만 제한되지 않는다.
도5는 외부 방사상 표면(34)에 제1 길이부(40)를 따라 대향하는 측면 지역(38)이 없는 본 발명의 실시예의 평면도를 도시한다. 제1 길이부(40)는 표면을 연속적으로 가로지르는 제1 반경을 갖는다. 제2 길이부(42)는 중심 지역(36)에 패턴을 형성하도록 절결된 랜드(44)를 갖는다. 중심 지역(36)에는 제1 반경보다 작은 제2 반경에 위치한 기부면(45)을 갖는다. 랜드(44)의 상부(46)는 제1 길이부(40)의 제1 반경과 대체로 동일한 회전축(9)으로부터 측정한 최대 반경을 갖는다. 따라서, 랜드(44)의 상부는 제1 길이부(40)와 함께, 외부 방사상 표면(34) 전체의 주연부 둘레에 걸쳐 일정한 최대 반경을 제공한다. 도5의 5A-5A에서 취한 도5A는 랜드(44)가 기부면(45)으로부터 연장되는 방식을 도시한다. 도5의 5B-5B에서 취한 도5B는 제2 길이부(42)의 기부면(45)과 제1 길이부(40)에서와 같이 최대 반경에 있는 외측 방사상 표면(34) 사이의 반경 차이("DR")를 나타낸다. 차이("DR")는 약 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 약 0.508 ㎝(0.20 인치) 사이인 것이 바람직하다.
도5의 실시예는 도4의 실시예와 유사하게 기능한다. 제2 길이부(42)를 따라 표면을 좁힘으로써 감소된 표면적은 보다 적은 외부 방사상 표면(34)의 제2 단위 길이당 표면적량을 제공한다. 이와 같은 방식으로, 제2 길이부(42)는 제1 길이부(40)보다 높은 단위 면적당 초음파 에너지를 제공한다. 제2 길이부(42)의 단위 면적당 밀도는 약 6.45 주울/㎠(30 주울/제곱 인치) 내지 155.0 주울/㎠(1000 주울/제곱 인치)인 것이 바람직하고, 적어도 15.5 주울/㎠(100 주울/제곱 인치)인 것이 바람직하다. 또, 도5에서는 제1 길이부(40) 내에 감소된 반경의 측면부(38)를 갖지 않으므로, 제1 길이부(40)와 제2 길이부(42) 사이의 단위 면적당 초음파 에너지 밀도량의 차는 보다 커지게 된다. 이는 도4의 제1 길이부(40)의 표면적과 비교해서 도5의 제1 길이부(40)의 표면적이 증가하였기 때문이다.
도6은 외부 방사상 표면(34)이 비교적 좁은 폭("T")으로 이루어진 본 발명의 다른 실시예의 평면도를 도시한다. 제1 길이부(40)는 전체 폭("T")에 걸쳐 연장되는 회전축(9)으로부터의 제1 반경을 갖는다. 제2 길이부는 랜드(44)의 패턴이 있다. 기부면(45)은 랜드(44) 간에 위치된다. 기부면(45)은 회전축(9)으로부터 제1 반경 미만의 제2 반경을 갖는다. 랜드(44)에 의해 형성된 패턴의 폭은 대체로 외부 방사상 표면(34)의 제1 길이부(40)의 폭("T")에 해당한다. 도6A는 랜드(44)와 기부면(45) 사이의 관계를 도시한다. 외부 방사상 표면(34)의 제1 길이부(40)의 전체 반경의 단면은 일반적으로 평평하며 바람직하게는 매끈하다. 제1 길이부(40)와 인접 랜드(44)의 기부면(45) 사이의 반경 차이("DR")는 약 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(0.20 인치)이다.
도6의 실시예는 도4 및 도5의 실시예와 유사하게 기능한다. 기부면(45)의 감소된 표면적은 외부 방사상 표면(34)의 제2 길이부에 보다 적은 제2 단위 길이당 표면적량을 제공한다. 이와 같이 감소된 단위 길이당의 표면적은 단위 면적당 초음파 에너지 밀도를 작업편(20)의 상태를 변화(예를 들어, 접합, 절단)시키기에 충분한 양으로 증가시킨다. 제1 길이부(40)의 단위 면적당 초음파 에너지는 작업편(20)의 상태를 변화시키기에는 불충분하다. 이 실시예는 랜드가 제2 길이부(42) 전체에 걸쳐 연장되는 정도 면에서 도5와 주된 차이가 있다.
도7은 외부면(34)의 제2 길이부(42)가 다수개 구비된 본 발명의 실시예의 평면도를 도시한다. 제1 길이부(40)와 대체로 동일한 반경을 갖는 제3 길이부(50)는 제2 길이부(42)에 이어진다. 제2 길이부(42)와 대체로 동일한 반경 및 패턴을 갖는 제4 길이부(52)는 외부 방사상 표면(34)에서 제3 길이부에 이어진다. 제1 길이부(40)와 대체로 동일한 반경을 갖는 제5 길이부(54)는 외부 방사상 표면(34)에서 제4 길이부에 이어진다. 제2 길이부(42)와 대체로 동일한 반경 및 패턴을 갖는 제6 길이부(56)는 제5 길이부(54)에 이어진다. 제6 길이부(56)는 제5 길이부(54)와 제1 길이부(40)에 이어진다. 이들 길이부 또는 패턴은 각 회전 중에 작업편(20)을 다양하게 변화시키는 초음파 시스템(8)을 이룬다.
제1 내지 제6 길이부의 실제 측정 길이는 필요에 따라 그리고 길이부에 의해 수행되는 작업에 따라 크게 변화될 수 있다. 예를 들어, 패턴이 없는 길이부들은 패턴이 포함된 길이부들보다 훨씬 긴 것이 바람직할 수 있다. 패턴이 있는 3개의 길이부가 도시되었으나, 패턴이 있는 길이부가 임의의 개수로 외부 방사상 표면(34)에 구비될 수 있다.
도8은 작업편이 도1의 초음파 시스템(8)에 의해 작업된 후의 작업편(20)을 도시한다. 각 작업편(20)에는 모루 롤(10)의 외부 방사상 표면(34)의 제2 길이부가 작업편(20) 상에 작용한 지점의 작업편의 상태 변화를 나타내는 본드(58)가 있다. 본드(60)는, 닙(24)과 같이 나란한 제1과 제2 닙에서 단일 작업편(20)에 대하여 동시에 회전하는 각 제1 및 제2 초음파 혼(22)에 의해 평행하게 위치된 동일한 본드를 나타낸다.
도9는 작업편(20)의 상태를 변화시키기 위해 초음파 에너지를 사용하는 제2 길이부(42)의 일부를 패턴을 형성하는 랜드(44)가 보이도록 도시한 확대 평면도이다. 이 도면에서, 개별 랜드(44)의 구조의 세부는 분명하다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "X-Y 형태"는 도9에 도시된 패턴을 의미한다. 이 형태는 원형 랜드, 각을 이루는 긴 랜드 및 짧은 랜드의 반복적인 패턴에 의해 형성된다. 이 형태는 작업편(20)의 층이 함께 보유되도록 하는 본드(58, 60)의 성능을 향상시킨다.
도10은 긴 랜드(44)를 도시한다. 랜드(44)는 도10에 도시된 바와 같이 수직 각("V")에 대해 바람직하게는 약 15 도인 내측 각도(62)를 포함한다. 15 도의 내측 각도(62)가 바람직하지만, 약 5 도 내지 약 25 도 사이의 임의의 각도(62)도 양호하게 기능한다. 테이퍼진 각도(62)는 닙(24)을 통과하는 작업편(20)에 추가적인 보호를 제공할 뿐만 아니라 랜드(44)를 강화하는 경향이 있다. 이리하여, 각도(62)는 0 도, 또는 그 미만에서, 최대 약 30 도까지 가능하다.
랜드(44)들로 이루어진 특정 X-Y 패턴이 모든 실시예에 도시되었으나, 출원인의 발명이 이 패턴만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 길이부(40)와 대체로 동일한 반경을 갖는 얇은 밴드가 도11에 도시된 바와 같은 외부 방사상 표면(34)의 제2 길이부의 중심 지역(36)을 이룰 수도 있다. 본 발명의 상기 실시예는 랜드(44)의 상부(46)에서 대체로 일정한 제1 최대 반경을 갖는 단일의 연속적인 또는 상호 연결된 랜드(44)로 이루어진 패턴, 외부 방사상 표면(34)의 주연부 전체에 걸쳐서 대체로 균일하게 연장되는 패턴을 이용할 수도 있다. 이리하여, 제1 길이부(40)는 랜드(44)에 의해 형성된 바와 같은 패턴을 갖는다. 제2 길이부(42)는 랜드(44)의 상부(46)에서의 제1 길이부(40)의 최대 직경과 동일한 대체로 일정한 최대 직경을 갖는 협소 중심 지역(36)을 포함한다. 제2 길이부(42)는 랜드(44)에 의해 점유된 폭("T")의 일부를 좁힘으로써 따라서 상부(46)를 좁힘으로써 형성된다. 랜드(44)에 의해 점유되지 않은 폭("T")의 일부는 감소된 직경의 기부면(45)에서 형성된다. 기부면(45)의 반경은 약 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(약 0.20 인치)만큼 상부(46)에서의 최대 반경보다 작다. 기부면(45)에서의 반경은 주연부 둘레에 걸쳐 대체로 일정한 것이 바람직하다.
도11A는 도11에 도시된 외부 방사상 표면(34)의 단면을 도시한다.
이상의 도4 내지 도7의 실시예에 있어서, 제2 길이부(42) 등에는 패턴이 형성되어 있으며, 제1 길이부(40) 등에는 패턴이 형성되지 않고 매끄러운 표면으로 대개 이루어져 있다. 도11에서는, 하나의 일정한 패턴이 상부(46)가 좁게 적용되면서 모루 롤(10) 전체에 걸쳐서 연장된다. 양 길이부(40, 42) 모두에 패턴이 형성된 것, 길이부(40)에 사용된 패턴이 각 길이부(42)에 사용된 패턴보다 [상부(46)에서의] 단위 길이당 표면적을 더욱 크게 하는 패턴이 있는 다른 실시예들도 생각해 볼 수 있다.
사용되는 특정 디자인 및 특정 패턴의 배열이 어떤 것이냐는 길이부(40, 42)에 의해 제공되는 단위 길이당 표면적 간에 소정의 차이가 있다면 그리 중요하지 않다. 이로써, 주지된 다양한 패턴뿐만 아니라 아직 설계되거나 개발되지 않은 패턴들이 제1 웨브(12)와 제2 웨브(18) 사이에 예를 들어 접합을 형성하도록 외부 방사상 표면에 이용될 수 있다.
적어도 하나의 랜드(44)가 닙(24) 내에 항상 보유되도록 하여 초음파 혼(22)에 의해 맞닿는 웨브의 외부 방사상 표면(34)이 일정하게 유지되도록 하기 위해서는 랜드(44)들이 서로에 대해 가깝게 이격되어 있어야 한다.
외부 방사상 표면(34)의 일부가 초음파 혼(22) 또는 모루 롤(10)의 주연부 전체에 걸쳐서 대체로 일정한 반경을 갖고, 또 주연부를 따라 반경 상에 단차가 있지 않으므로, 닙(24), 모루 롤(10), 초음파 혼(22) 또는 초음파 혼(22) 및 모루 롤(10)을 지지하는 베어링 및 다른 지지 부재 내에서의 재료의 충격 로딩의 문제가 없다. 또, 외부 방사상 표면(34)의 반경이 대체로 일정한 것은 중심 간의 거리가 대체로 변화되지 않도록 하여 닙(24)에서의 힘이 대체로 일정하도록 한다.
당해 분야의 숙련자라면 본 발명의 정신을 벗어나지 않으면서 도시된 실시예에 대해 본 명세서에 개시된 발명에 수정을 가할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 이상 본 발명이 바람직한 실시예에 대해서 설명되었으나, 본 발명은 다양하게 재배열, 수정, 변형될 수 있고, 이러한 모든 배열, 수정 및 변형은 첨부된 특허 청구의 범위의 범주에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (73)

  1. (a) 초음파 에너지를 출력하는 초음파 혼과,
    (b) 주연부의 적어도 대부분을 따라 연장되는 외부 방사상 표면을 가지며, 초음파 에너지에 의해 작업할 작업편을 수용하고, 상기 초음파 혼과 협동하여 작업편이 통과하기 위한 닙을 초음파 혼과 회전식 모루 롤 사이에 형성하도록 밀접한 관계를 이루고, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면에는 초음파 혼과 상호 작용하고 회전식 모루 롤의 작용면의 제1 단위 면적당 초음파 에너지 밀도에 해당하는 제1 단위 길이당 표면적을 형성하는 제1 길이부와, 초음파 혼과 상호 작용하고 회전식 모루 롤 상의 작용면의 보다 높은 제2 단위 면적당 초음파 에너지 밀도에 해당하는 보다 적은 제2 단위 길이당 표면적을 형성하는 별개의 제2 길이부가 마련된 회전식 모루 롤을 포함하고,
    초음파 에너지가 닙에서 작업편에 가해져서, 상기 회전식 모루 롤의 제2 길이부가 닙 내에 있는 경우 초음파 에너지가 작업편의 상태를 변화시키고, 상기 회전식 모루 롤의 제1 길이부가 닙 내에 있는 경우 초음파 에너지가 상기 작업편 상태와 동일한 작업편의 상태를 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 외부 방사상 표면이 주연부 둘레로 연장되는 일정한 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 제1 길이부의 적어도 제1 부분과 제2 길이부의 제2 부분이 주연부 둘레에 일정한 제1 및 제2 반경을 유지하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 작업편이 초음파 혼과 회전식 모루 롤의 어느 하나의 표면 특성에 의한 장력 변화 없이 초음파 시스템을 통과하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 외부 방사상 표면의 제2 길이부가 하부 기부면으로부터 연장되는 랜드의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 패턴이 X-Y 패턴인 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 랜드가 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 기부면으로부터 외측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 랜드가 기부면에 대한 직각에 대해서 5 도 내지 25 도 사이의 내측 경사각으로 기부면으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 제1 길이부와 제2 길이부를 포함하는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면이, 주연부 둘레에 일정한 제1 최대 반경을 갖는 제1 중심 지역과, 제1 중심 지역의 대향하는 측면 상에 배치되고 제1 중심 지역의 제1 최대 반경보다 작은 제2 및 제3 최대 반경을 각기 갖는 제2 및 제3 측면 지역을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 제2 및 제3 반경은 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 제1 최대 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제1 길이부 전체가 제1 최대 반경에서 균일한 표면 특성을 갖고 제1 유효 폭을 가지며, 외부 방사상 표면의 제2 길이부는 제2 최대 직경에서 상기 제1 길이부에서와 동일한 균일한 표면 특성을 가지며 보다 좁은 폭을 갖고 있어서 보다 적은 제2의 외부 방사상 표면의 단위 길이당 표면적량을 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상태 변화가 접합을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 작업편 내의 적어도 2개의 재료층을 함께 접합하도록 된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 1개의 층이 폴리프로필렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상태 변화가 절단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 회전식 모루 롤이 작업편을 적어도 1500 ㎝/분(500 피트/분)의 속도로 닙을 통해 이송시키는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 초음파 시스템이 외부 방사상 표면의 제2 길이부를 따라 6.45 주울/㎠(30 주울/제곱 인치) 내지 155.0 주울/㎠(1000 주울/제곱 인치)의 에너지를 발생할 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 초음파 에너지가 0.0001 초 내지 0.0010 초 동안 작업편 상의 소정 지점에 가해질 수 있는 속도로 작업편을 닙을 통해 이송시키도록 된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 초음파 혼이 회전식 초음파 혼을 포함하고, 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤이 함께 닙 내의 작업편에 압축력을 가하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤이 각 외부 방사상 표면에서 공통 선형 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 초음파 혼이 7.62 ㎝(3 인치) 내지 17.78 ㎝(7 인치)의 직경을 가지며 2.54 ㎝(1 인치) 내지 10.16 ㎝(4 인치)의 두께인 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  22. 제1항에 있어서, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제1 길이부가 닙 내에 보유된 경우에 초음파 시스템에 의해 정상적으로 생성된 초음파 에너지가 닙 내의 작업편의 상태를 변화시킬 수 없는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  23. 제1항에 있어서, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면은 제2 길이부의 단위 길이당 표면적보다 큰 제3의 단위 길이당 표면적을 형성하는 제3 길이부와, 제2 길이부의 단위 길이당 표면과 동일한 제4의 단위 길이당 표면적을 갖는 제4 길이부를 갖고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 길이부들은 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면 둘레에 순차적으로 배열된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  24. 제5항에 있어서, 랜드가 제2 길이부의 외부 방사상 표면의 모든 지역으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  25. 제5항에 있어서, 랜드가 제2 길이부의 외부 방사상 표면의 중심 지역 내에 한정된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  26. (a) 초음파 에너지를 출력하고, 제1 회전축과 제1 외부 방사상 표면을 형성하는 제1 주연부를 갖는 회전식 초음파 혼과,
    (b) 제2 회전축과 제2 외부 방사상 표면을 형성하는 제2 주연부를 가지며, 회전식 초음파 혼과 협동하여 회전식 초음파 혼과의 사이에 닙을 이루도록 밀접한 관계를 형성하는 회전식 모루 롤을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나가 제1과 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하고 작용면의 단위 면적당 제1 초음파 에너지 밀도에 해당하는 제1 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제1 길이부와, 제1과 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하고 작용면의 보다 높은 제2 단위 면적당 제2 초음파 에너지 밀도에 해당하는 보다 적은 제2 단위 길이당 표면적량을 형성하는 별개의 제2 길이부를 갖고,
    이로써 초음파 에너지가 닙 내의 작업편에 가해지고 제2 길이부가 닙 속을 통과하는 경우 초음파 에너지가 작업편의 상태를 변화시킬 수 있고, 제1 길이부가 닙 속을 통과하는 경우 초음파 에너지가 상기 작업편 상태와 동일한 작업편의 상태를 변화시키지 못하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 제1 외부 방사상 표면이 제1 주연부 둘레로 연장되는 일정한 제1 최대 반경을 갖고, 제2 외부 방사상 표면이 제2 주연부 둘레로 연장되는 일정한 제2 최대 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  28. 제26항에 있어서, 적어도 제1 길이부의 제1 부분과 제2 길이부의 제2 부분이 주연부 둘레로 일정한 제1 및 제2 최대 반경을 유지하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 작업편이 회전식 모루 롤과 회전식 초음파 혼의 어느 하나의 표면 특성에 의한 장력 변화 없이 초음파 시스템을 통과하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  30. 제26항에 있어서, 각 외부 방사상 표면의 제2 길이부가 하부 기부면으로부터 연장되는 랜드의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 패턴이 X-Y 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  32. 제30항에 있어서, 상기 랜드가 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 상기 기부면으로부터 외측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 랜드가 기부면의 직각에 대해서 5 도 내지 25 도의 내측 경사각으로 기부면으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  34. 제26항에 있어서, 제1 길이부와 제2 길이부를 포함하는 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면이, 주연부 둘레에 일정한 제1 최대 반경을 갖는 제1 중심 지역과, 제1 중심 지역의 대향하는 측면 상에 배치되고 제1 중심 지역의 제1 최대 반경보다 작은 제2 및 제3 최대 반경을 각기 갖는 제2 및 제3 측면 지역을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 제2 및 제3 최대 반경이 제1 최대 반경보다 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 작은 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  36. 제34항에 있어서, 제2 및 제3 최대 반경을 포함하는 제2 및 제3 측면 지역이 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나의 주연부 전체에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  37. 제26항에 있어서, 각 외부 방사상 표면의 제1 길이부 전체가 제1 최대 반경에서 균일한 표면 특성을 갖고 제1 유효 폭을 가지며, 각 외부 방사상 표면의 제2 길이부는 제2 최대 반경에서 상기 제1 길이부에서와 동일한 균일한 표면 특성을 갖고 보다 좁은 제2 폭을 갖고 있어서 보다 적은 외부 방사상 표면의 단위 길이당 표면적량을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  38. 제26항에 있어서, 상태 변화가 접합을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 작업편 내의 적어도 2개의 재료층을 접합시키도록 된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  40. 제39항에 있어서, 적어도 1개의 층이 폴리프로필렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  41. 제26항에 있어서, 상태 변화가 절단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  42. 제26항에 있어서, 회전식 모루 롤이 작업편을 적어도 15000 ㎝/분(500 피트/분)의 속도로 닙을 통해 이송시키는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  43. 제26항에 있어서, 초음파 시스템은 각 외부 방사상 표면의 제2 길이부를 따라 6.45 주울/㎠(30 주울/제곱 인치) 내지 155.0 주울/㎠(1000 주울/제곱 인치)의 에너지를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  44. 제26항에 있어서, 초음파 에너지가 0.0001 초 내지 0.0010 초 동안 작업편 상의 소정 지점에 가해질 수 있는 속도로 작업편을 닙을 통해 이송시키도록 된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  45. 제26항에 있어서, 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤이 함께 닙 내의 작업편에 압축력을 가하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  46. 제26항에 있어서, 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤이 각 외부 방사상 표면에서 공통 선형 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  47. 제26항에 있어서, 초음파 혼이 7.62 ㎝(3 인치) 내지 17.78 ㎝(7 인치)의 직경을 가지며 2.54 ㎝(1 인치) 내지 10.16 ㎝(4 인치)의 두께인 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  48. 제26항에 있어서, 외부 방사상 표면의 제1 길이부가 닙 내에 보유된 경우 초음파 시스템에 의해 정상적으로 생성된 초음파 에너지가 닙 내의 작업편의 상태를 변화시킬 수 없는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  49. 제26항에 있어서, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나가 제2 길이부의 단위 길이당 표면적보다 큰 제3의 단위 길이당 표면적을 형성하는 제3 길이부와, 제2 길이부의 단위 길이당 표면과 동일한 제4의 단위 길이당 표면적을 갖는 제4 길이부를 갖고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 길이부들은 상기 외부 방사상 표면 둘레에 순차적으로 배열된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  50. 제30항에 있어서, 랜드가 제2 길이부의 외부 방사상 표면의 모든 지역으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  51. 제30항에 있어서, 랜드가 제2 길이부의 외부 방사상 표면의 중심 지역 내에 한정된 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  52. 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤 사이에 일정한 압력을 가하면서 작업편의 상태를 단속적으로 변화시키는 방법에 있어서,
    (a) 회전식 초음파 혼이 제1 주연부 둘레로 연장되는 제1 외부 방사상 표면을 갖고, 회전식 모루 롤이 제2 주연부 둘레로 연장되는 제2 외부 방사상 표면을 갖고, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나가 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하고 제1 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제1 길이부와, 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 다른 하나와 상호 작용하여 보다 높은 작용면의 단위 면적당 초음파 에너지 밀도에 해당하는 보다 적은 제2 단위 길이당 표면적량을 형성하는 별도의 제2 길이부를 갖도록 된, 회전식 초음파 혼을 회전식 모루 롤과 밀접한 관계로 위치시켜서 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤의 사이에 작업 닙을 형성하는 단계와,
    (b) 회전식 초음파 혼에 초음파 에너지를 가하면서 비교적 일정한 속도로 작업편을 작업 닙을 통해 전진시키고, 각 외부 방사상 표면의 제1 및 제2 길이부를 닙을 통해 전진시켜서, 제2 길이부가 닙을 통과할 때 초음파 에너지에 의해 작업편의 상태를 변화시키고, 제1 길이부가 닙을 통과할 때는 작업편의 각 상태를 변화시키지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제52항에 있어서, 상기 방법이 제1 외부 방사상 표면과 제2 외부 방사상 표면을 동일한 선형 속도로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제52항에 있어서, 작업편이 웨브 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제54항에 있어서, 웨브 재료가 복수 층을 포함하고, 상기 방법이 제2 길이부를 따라 복수 층을 접합시키기에 충분하지만 제1 길이부를 따라 복수 층을 접합시키기에는 불충분한 양의 비교적 일정한 초음파 에너지를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제52항에 있어서, 각 외부 방사상 표면의 제2 길이부가 하부 기부면으로부터 연장되는 랜드의 패턴을 포함하고, 상기 방법이 랜드를 통해 최소한 임계치의 단위 면적당 초음파 에너지를 가하여 작업편이 닙을 거쳐 통과할 때 작업편의 상태를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, 랜드의 패턴이 X-Y 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제56항에 있어서, 랜드가 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 기부면으로부터 외측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제58항에 있어서, 랜드가 기부면에 대한 직각에 대해서 5 도 내지 25 도 사이의 내측 경사각으로 기부면으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 제52항에 있어서, 제1 및 제2 길이부를 포함하는 제1 및 제2 외부 방사상 표면의 하나가, 제1 및 제2 주연부의 각각에 대해서 일정한 제1 최대 반경을 갖는 제1 중심 지역과, 제1 중심 지역의 대향 측면 상에 배치되고 제1 중심 지역의 제1 최대 반경보다 작은 제2 및 제3 측면을 각기 갖는 제2 및 제3 측면 지역을 포함하며, 상기 방법은 작업편이 닙을 통과할 때 제1 중심 지역에서만 제2 길이부를 따라 작업편의 상태를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제60항에 있어서, 제2 및 제3 최대 반경이 제1 반경보다 0.0254 ㎝(0.01 인치) 내지 0.508 ㎝(0.20 인치)만큼 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제52항에 있어서, 회전식 모루 롤의 외부 방사상 표면의 제1 길이부 전체가 제1 최대 반경에서 균일한 표면 특성을 갖고 제1 유효 폭을 가지며, 외부 방사상 표면의 제2 길이부는 제2 최대 직경에서 상기 제1 길이부에서와 동일한 균일한 표면 특성을 가지며 보다 좁은 폭을 갖고 있어서 보다 적은 제2의 외부 방사상 표면의 단위 길이당 표면적을 형성하고, 상기 방법이 작업편이 닙을 통과하는 경우 제2 길이부의 보다 좁은 제2 폭을 따라 작업편의 상태를 변화시키고, 제1 유효 폭을 따라 상기 작업편 상태와 동일한 작업편의 상태를 변화시키지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제52항에 있어서, 상태 변화가 접합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제63항에 있어서, 상기 방법이 재료 내의 적어도 2개의 재료층을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제52항에 있어서, 상태 변화가 절단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제52항에 있어서, 상기 방법이 작업편을 적어도 1500 ㎝/분(500 피트/분)의 속도로 닙을 통해 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제52항에 있어서, 상기 방법이 각 외부 방사상 표면의 제2 길이부를 따라 6.45 주울/㎠(30 주울/제곱 인치) 내지 155.0 주울/㎠(1000 주울/제곱 인치)의 에너지를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 제52항에 있어서, 상기 방법이 닙에서 초음파 에너지를 0.0001 초 내지 0.0010 초 동안 작업편 상의 소정 지점에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  69. 제52항에 있어서, 상기 방법이 초음파 에너지를 회전식 초음파 혼을 통해 가하면서 회전식 초음파 혼과 회전 모루 롤 사이의 닙 내의 작업편을 압축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제52항에 있어서, 상기 방법이 각 외부 방사상 표면의 제1 길이부가 닙 내에 보유된 경우 작업편 내의 상태 변화를 일으키기에는 불충분한 에너지 밀도의 초음파 에너지를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 제52항에 있어서, 제1 및 제2 외부 방사상 표면은 각기 제2 길이부의 단위 길이당 표면적보다 큰 제3의 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제3 길이부와, 제2 길이부의 단위 길이당 표면적과 동일한 제4의 단위 길이당 표면적량을 형성하는 제4 길이부를 갖고, 제1, 제2, 제3 및 제4 길이부들은 각 외부 방사상 표면에 대해 순차적으로 배열되고, 상기 방법이 각 외부 방사상 표면의 제1 길이부 또는 제3 길이부가 닙 내에 있는 경우는 상태 변화를 일으키기에는 불충분한 에너지 밀도의 초음파 에너지를 작업편에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  72. 제52항에 있어서, 초음파 혼이 제1 주연부 둘레로 연장되는 일정한 제1 반경을 갖고, 제2 외부 방사상 표면이 회전식 모루 롤의 제2 주연부 둘레로 연장되는 일정한 제2 반경을 갖고, 상기 방법이 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤을 회전시키고 작업편을 그 사이로 통과시키는 단계를 더 포함하고, 작업편에는 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤의 어느 하나의 표면 특성에 기인한 장력의 변화가 없는 것을 특징으로 하는 방법.
  73. 제52항에 있어서, 적어도 제1 길이부의 제1 부분과 제2 길이부의 제2 부분이 각 제1 및 제2 주연부의 둘레에 공통 최대 반경을 유지하고, 상기 방법이 회전식 초음파 혼과 회전식 모루 롤의 어느 하나의 표면 특성에 기인한 장력 변화 없이 작업편을 회전식 모루 롤과 회전식 초음파 혼 사이로 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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