弾性積層材料および作製方法
回転（４１、４２）溶接装置等の超音波溶接装置（４０）と、それを使用して積層材料（１０）を作製する方法とが開示される。多層積層材料（１０）は、エラスティックを含むことができる基層（１６）に超音波溶接される不織布材料（１２）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性積層材料と、その材料を、超音波溶接システムを使用して作製する方法と、に関し、特に、回転超音波溶接システムを使用して弾性積層材料を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波溶接（「音響溶接」または「音波溶接」と呼ぶ場合もある）では、接合される２つの部品（通常、何らかの熱可塑性材料を含む部品）は、振動エネルギーを送り出す超音波「ホーン」と呼ばれる工具の近くに配置される。これら部品（または「材料」）は、ホーンとアンビルとの間に拘束される。多くの場合、ホーンは、材料およびアンビルの上方に垂直に配置される。ホーンは、通常２０，０００Ｈｚ〜４０，０００Ｈｚで振動して、圧力下、通常摩擦熱の形態でエネルギーを材料に伝達する。摩擦熱および圧力のために、材料のうちの少なくとも１つの一部が軟化するかまたは融解し、それにより材料が接合される。
【０００３】
超音波タイプの振動溶接システムは、その基本形態において、発電機構と、電気エネルギーを振動エネルギーに変換する電気超音波変換器と、を有する。また、振動エネルギーを溶接ゾーンに送り出すホーンと、材料を強制的にホーンに接触させたまま保持するように材料に静的力を加えるアセンブリと、もまた含まれる。エネルギーは、選択された波長、周波数および振幅で、工具から材料に伝えられる。超音波ホーンは、たとえば鋼、アルミニウムまたはチタンから作製される、機械的振動エネルギーを材料に移送する音響工具である。
【０００４】
一種の超音波溶接は、「連続超音波溶接」として知られている。この種の超音波溶接は、通常、略連続的に溶接装置内に供給することができる、織物およびフィルム、または他の「ウェブ」材料を封止するために使用される。連続溶接では、超音波ホーンは通常固定されており、溶接される材料がその真下を移動する。一種の連続超音波溶接は、回転固定されたバーホーンと回転アンビル面とを使用する。溶接中、材料は、バーホーンと回転アンビルとの間に引っ張られる。ホーンは、通常、材料に向かって長手方向に延在し、振動はホーンに沿って軸方向に材料まで移動する。
【０００５】
別の種類の連続超音波溶接では、ホーンは回転タイプであり、円柱状であって長手方向軸を中心に回転する。入力振動は、ホーンの軸方向にあり、出力振動はホーンの放射方向にある。ホーンはアンビルに近接して配置され、通常アンビルもまた、溶接される材料が円柱状面の間を、円柱状面の接線速度に実質的に等しい線速度で通過するように回転することができる。この種の超音波溶接システムは、米国特許第５，９７６，３１６号明細書に記載されており、その開示内容は参照により本明細書に援用される。
【０００６】
アンビルがホーンに対して並置されることにより、材料に対して静的力を提供することができ、それにより材料に超音波エネルギーを伝達することができる。この静的力は、通常、アンビルに向かってホーンを付勢する、加力システム（たとえば液圧システム）から材料に締め付け力を提供することによって維持される。材料を固定するこの方法の問題は、溶接されている材料が極度に薄いかまたは穴を含む場合、ホーンとアンビルとが互いに物理的に接触する可能性があるということである。ホーンがアンビルに接触すると、システムを通して、短絡に類似するエネルギー消費の大きいスパイクが発生する。材料のスループット速度が増大するに従い、ホーンを通して投入されるエネルギーのレベルもまた増大し、それにより、ホーンとアンビルとの接触中に発生するエネルギーのサージの周波数が指数関数的に増大する。これらエネルギーの高スパイクによって機械が過負荷状態になり、それにより機械が停止するとともに、製品に穴または脆化点が生成される可能性がある。要約すれば、ホーンとアンビルとが互いに接触する場合、工程は、非効率になり、製品破損および潜在的な機器破損をもたらす。力モードでは、一様の溶接を達成するために溶接領域が変化する際に溶接機が力を変更しなければならない。また、領域の変化によるこの力の変化は、高速でむしろ迅速に行われなければならず、それが、力の変化が修正される時に力のスパイクの原因となる可能性がある。かかるスパイクにより、部品の過剰溶接または溶接不足がもたらされる可能性がある。
【０００７】
この問題に対応する一方法では、アンビルとホーンとの間に所定間隙を維持する超音波溶接システムが開発された。この間隙は、通常、材料の厚さより狭い。ホーンとアンビルとの間の分離を維持しながら、製品に締付け（または保持）力を提供することが必要であることにより、ホーンとアンビルとの両方に対し大きくかつ堅固な支持構造が必要である。支持構造は、ホーンとアンビルとの両方の互いに対する角度位置を維持するために剛性である。ホーンおよびアンビルの表面の位置がずれることにより、溶接が不十分になり製品が損なわれる。同様に、この種のシステムにおいて間隙の距離を調整しようとすることにより、システムに許容できないレベルの移動がもたらされ、この場合もまたホーンおよびアンビルの表面の位置がずれる。
【０００８】
多数の用途に対して超音波溶接システムが使用されるが、超音波溶接システムにおいてかつそれらシステムによって作製される製品において常に改良の余地がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、超音波溶接装置を使用してさまざまな層を合わせて封止することによって製作される多層製品を提供する。本製品は、第２材料層に封止される第１材料を含み、封止は、超音波溶接によって形成されている。
【００１０】
特定の一態様では、本開示は、基層に不織布層を溶接する方法と、その方法によって作製される製品と、に関する。本方法は、不織布層を弾性基層に溶接する方法であって、アンビルとホーンを備えたホーンスタックとを備えた、回転超音波システム等の超音波システムを提供するステップであって、アンビルおよびホーンがそれらの間に間隙を有するステップと、アンビルとホーンとの間の間隙内に不織布層および弾性基層を合わせて配置するステップと、ホーンを超音波エネルギーで振動させる間にホーンおよびアンビルのうちの少なくとも一方を回転させることにより周波数を取得するステップと、不織布層および弾性基層をホーンおよびアンビルに接触させるステップと、ホーンまたはアンビルのうちの少なくとも一方の周波数および温度のうちの少なくとも一方を監視するステップと、温度または周波数の変化に基づいてアンビルとホーンとの間の間隙を維持しながら、不織布層を弾性基層に溶接するステップと、を含む。
【００１１】
ホーンまたはアンビルのいずれか一方が不織布層に接触してもよく、同様にホーンまたはアンビルの他方が基層に接触してもよい。一実施形態では、不織布層にはホーンが接触し、基層にはアンビルが接触する。
【００１２】
多層製品を形成するために適した超音波溶接システムは、アンビルとホーンとの間の間隙（すなわち距離）の制御を改善するさまざまな溶接装置構成を有することができる。改善された間隙制御を、連続超音波溶接とともに、またはアンビルおよびホーンの一方または両方を回転させる回転タイプ超音波溶接とともに使用することができる。改善された間隙制御は、少なくとも部分的に溶接システムの剛性による。本システムは、概して、溶接工程中にもたらされる可能性のある本質的にすべての力に対し、変形することなく間隙をロックしまたは他の方法で維持するために十分に剛性である。たとえば、本システムは、溶接されている材料のしわまたは他の厚さ変化が装置を撓ませて間隙に影響を与えることがないように十分剛性である。アンビルとホーンとの間の距離を制御し調整するさまざま異なる形態を開示する。
【００１３】
多層製品を形成するために、アンビルとホーンとの間の間隙をよりよく制御するために、利用可能な自由度が低減した装置が適している。本装置は、概して、アンビルまたはホーンが、軸を中心とした長手方向回転に加えて２つの追加の自由度しかなく、第１の追加の自由度が長手方向軸に対して垂直な方向における並進運動であり、第２の追加の自由度が、長手方向軸と第１の追加の自由度の方向との両方に対して垂直である第２軸を中心とする回転運動であるように構成された取付システムを有する。
【００１４】
多層製品を形成するために適している別の溶接装置は、アンビルとホーンとの間の間隙を調整するために周波数フィードバックまたは温度フィードバックを使用することに基づく。本装置は、概して、ホーンの周波数に基づいて信号を提供するように適合された周波数センサか、またはホーンおよび／またはアンビルの温度を測定するように適合された温度センサと、ホーンとアンビルとの間の間隙を信号に基づく所定方法で調整する位置決めシステムと、を有する。周波数センサを、たとえば超音波エネルギー源によって引き渡される電圧、超音波エネルギー源によって引き出される電流、ホーンの近くに配置される誘導センサにおいて誘導される電圧、ホーンの近くに配置される静電容量センサの静電容量の変化、ホーンを観測するために配置される光センサ、およびホーンと物理的に接触する接触センサによって周波数を確定するように選択することができる。温度センサを、たとえばホーンまたはアンビルの表面または内部位置における温度を確定するように選択することができ、または温度センサは光センサであっても他の非接触センサであってもよい。実施形態によっては、ホーン、アンビル、または両方の温度の制御を容易にするために冷却装置を追加してもよい。
【００１５】
多層製品を形成するために適している別の溶接装置は、概して、変形可能止め具アセンブリを利用することによってアンビルとホーンとの間の距離を制御するように構成され、それにより、固定止め具の弾性変形によってホーンとアンビルとの間の間隙に対し微調整が可能となるように、ホーンを固定止め具に対して押圧する力を加えることができる。
【００１６】
周波数フィードバック、温度フィードバックまたは変形可能止め具アセンブリの使用を、回転アンビル、固定アンビル、回転ホーン、固定ホーン、またはそれらの任意の組合せとともに使用することができ、それらはすべて多層製品を形成するために適している。本システムを、アンビルとホーンとの間の距離を調整するように、またはアンビルおよびホーンの一方（通常はホーン）に加えられる力を、それら２つがそれらの間の多層製品と所望の距離になるように調整するように、構成することができる。本システムはまた、間隙を制御するためにホーンおよび／またはアンビルの溶接振幅もしくは冷却または加熱速度を変更することも可能である。
【００１７】
本開示の製品およびそれら製品を作製する方法を特徴付けるこれらおよびさまざまな他の特徴は、添付の特許請求の範囲において特に指摘されている。製品を、従来の方法に比較して複雑化が低減しライン速度が大幅に上昇した方法によって作製することができる。本開示の多層製品、それらの利点、それらの使用およびそれらの使用によって得られる目的がより理解されるように、図面および添付の説明が参照されるべきであり、そこでは、本開示の発明の好ましい実施形態が例示され説明されている。
【００１８】
添付図面のいくつかの図では、同様の部品は同様の参照数字を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
上述したように、本発明は、改善された超音波溶接方法によって作製される多層積層製品に関する。本製品を、走査型連続超音波溶接により、またはアンビルおよびホーンの一方または両方を回転させる回転型連続超音波溶接によって作製することができる。これら溶接方法は、ホーンとアンビルとの間の間隙および移動をよりよく測定し、検知し、制御するさまざまな構成を組み込むことができる。
【００２０】
本発明による製品の一例を図１に示す。この製品１０は、本発明により、超音波溶接によって作製される薄い多層複合材料である。概して、超音波溶接によって形成され接着剤によって容易にされる溶接部により、第１材料が第２材料に接着される。特に、複合材料１０は、基層１６に溶接される不織布テープ１２を含む。図示する実施形態では、複合材料１０は、２つの不織布テープ１２片を含み、それらはともに基層１６に溶接される。複合材料１０はまた、機械的取付部１８と、「フィンガーリフトタブ」と呼んでもよいタブ２０と、を含む。タブ２０は、複合材料１０の端部を把持するのを容易にする。
【００２１】
本実施形態では、不織布テープ１２は、一方の側に接着層１４を有する。接着層１４は、基層１６に溶接される前の不織布テープ１２の取扱いを容易にし、すなわち、接着層１４は、不織布テープ１２を基層１６に仮留めする。溶接の後、接着層１４は、もはや不織布テープ１２と基層１６との間の溶接部がある領域に存在しなくてもよい。
【００２２】
図１において「Ｗ」として示す領域は、超音波溶接部の位置に近い。この例では、接着層１４を有する不織布テープ１２が基層１６に溶接される。機械的取付部１８およびタブ２０が、接着層１４によって不織布テープ１２に取り付けられる。
【００２３】
１つの特定の実施形態では、基層１６は多層弾性材料を備え、それは、両側に不織布面層２４がある弾性フィルム２２から構成される。弾性基層１６を有する複合材料１０は、たとえばおむつテープとも呼ぶ使い捨ておむつ取付機構として使用するために適している。別の特定の実施形態では、基層１６は不織布材料を含む。
【００２４】
複合材料１０の特定の例では、適当な弾性基層１６は、ポリプロピレンスパンボンドの層（３４ｇ／ｍ2）、ブロックコポリマーエラスティック／ポリプロピレン混合物の層（７０ｇ／ｍ2）および高伸び率梳毛（ｃａｒｄｅｄ）ポリプロピレンの層（２７ｇ／ｍ2）を有する３層積層体である。適当な不織布テープ１２の一例は、ポリプロピレン（２０ｇ／ｍ2）でコーティングされた不織布スパンボンドポリプロピレン（４２ｇ／ｍ2）である。不織布テープ１２の一方の側には、感圧接着剤の３３ｇ／ｍ2の層がある。
【００２５】
別の特定の例では、基層１６は、不織布層２４の間にフィルム２２が挟まれた３層積層体である。フィルム２２は、ブロックコポリマーエラスティック／ポリプロピレン混合物コアを有する３層積層フィルム（４．５ミル厚さ）である。不織布層２４は、ポリプロピレンスパンボンド（およそ８０ｇ／ｍ2）である。
【００２６】
本明細書で説明する超音波溶接方法によって作製される複合材料１０の別の適当な実施形態は、不織布材料である基層１６を有する。
【００２７】
不織布テープ１２、不織布面層２４および基層１６のうちのいずれかまたはすべてに対する適当な不織布材料の例には、スパンボンデッド、メルトブローン、スパンレースまたは梳毛材料を含む、布帛織り工程または編み工程の支援なしに繊維から形成される繊維材料を含む。それら材料は、ポリオレフィン、たとえばポリエチレンおよび／またはポリプロピレン等の高分子材料、またはポリウレタン、または綿またはウール等の天然材料、またはそれらの任意の組合せであってもよい。多くの構造では、不織布材料の少なくとも１つは熱可塑性高分子材料を含むことが好ましい。
【００２８】
本明細書で使用する用語「弾性の」、「エラストマーの」およびそれらの変形は、付勢力が加わることにより約２０％から少なくとも約４００％まで指定された方向に伸長するかまたは伸張することができ、後に、短時間の伸張状態の後に付勢力から解放された後に、その元の長さの約３５％内まで回復する、任意の材料を言う。基層１６のため等、適当な弾性材料の例には、フィルム、フォーム、もしくは天然ゴム、合成ゴムまたは熱可塑性エラストマーポリマーの層がある。
【００２９】
弾性フィルム２２を有しフィルム２２の両側に不織布面層２４を含む基層１６の場合等、実施形態によっては、層は、複数の材料から構成されてもよく、ストレッチ・ボンデッド・ラミネート（ＳＢＬ）材料またはネック・ボンデッド・ラミネート（ＮＢＬ）材料、もしくは当業者に既知であるような弾性的に伸縮可能な材料であってもよい。
【００３０】
複合材料１０の構成層のうちの任意のものまたはすべては、通常、接合領域「Ｗ」において厚さが約０．０１ｍｍ〜約０．５ｃｍであるが、それより厚い層および薄い層もまた実現可能である。
【００３１】
図２を参照すると、超音波溶接工程ならびに図１の多層複合材料１０を作製するために使用されるさまざまな層および材料の概略図が示されている。スプールまたはコアに保持される伸長された材料が提供される。上述したような複合材料１０の場合、スプール３２から或る長さの不織布１２（上に接着層１４を有する）が提供され、スプール３６から或る長さの基層１６が提供され、スプール３８から或る長さの機械的取付部１８が提供され、スプール３０からある長さのタブ２０用材料が提供される。
【００３２】
再び図１を参照すると、多層複合材料１０が接着層１４を有する不織布テープ１２の２つの層を含むことが示されている。不織布テープ１２を、スプール３２を離れた後に２つの別個の材料片を提供するようにスリットを入れるかまたは他の方法で切断してもよく、あるいは２つのスプール３２を設けてもよい、ということが理解される。不織布テープ１２は、１つのスプール３２から提供される場合、他の層と結合される前に分割される。
【００３３】
図２に戻ると、スプール３２、３６、３８、３０からの材料はテンダーおよび積層ステーション５０まで進み、そこで接着層１４を含む不織布テープ１２、基層１６、機械的取付部１８およびタブ材料２０が所望の構成で配置される。通常、不織布１２上の接着層１４は、超音波溶接工程までその構成を合わせて保持するために十分であるため、不織布１２を基層１６に積層するために追加の接着剤または他の機構（たとえば熱）は使用されない。図１の実施形態では、接着層１４はまた、機械的取付部１８およびタブ材料２０も保持する。複数の層を合わせて積層する方法は周知である。積層の分野における当業者には、張力、速度、圧力等の工程条件が積層工程に影響を与えることが理解される。
【００３４】
さまざまな材料を積層して所望の構成を形成した後、多層積層体は、アンビル４１およびホーン４２を含む超音波溶接ステーション４０まで進む。多層積層体はアンビル４１とホーン４２との間に配置され、溶接封止がなされる。
【００３５】
図３は、アンビル４１とホーン４２との間で所望の構成に配置された不織布１２、基層１６、機械的取付部１８およびタブ材料２０を示す。以下、超音波溶接の詳細な手段を提供するが、アンビル４１とホーン４２との間の指定された領域に存在する材料が合わせて溶接されるために十分な熱を得るために、アンビル４１およびホーン４２の少なくとも一方が超音波周波数で振動する。溶接を、回転ホーンまたは走査（バー）ホーンのいずれかを使用して行うことができる。さらに、パターン化アンビルおよび／またはパターン化ホーンを使用することができる。超音波溶接のこれらさまざまな工程のすべてを以下に説明する。少なくとも、回転溶接を、溶接されている材料を引き裂く可能性がより低くより高速で行うことができるため、回転超音波溶接は、固定またはバー超音波溶接より好ましい。
【００３６】
超音波溶接からもたらされる接合を、溶接されている材料のうちの一方または両方において、熱可塑性材料等、１つまたは複数の材料の部分的または完全な融解からもたらすことができる。接合を、作用されている層のうちの１つだけの材料の部分的または完全な融解からもたらすことができ、融解材料は対応する隣接層と相互作用し、それにより、それら層の互いに対する機械的連結がもたらされる。溶接接合は、さまざまな材料間の接着取付に比較して強固であり、クリープが少なく、それに関連するせん断歪みが高い。
【００３７】
図４に示す特定の一般的な実施形態では、アンビル４１はパターン化回転アンビル４３であり、ホーン４２は、溶接が発生する領域に平滑面４６を有する回転ホーン４４である。図示する実施形態では、アンビル４３およびホーン４４は、同時に４つの溶接部を生成するように構成される。このため、図１の多層複合製品１０を２つ同時に作製することができる。
【００３８】
アンビル４３は、溶接が望まれる領域に隆起したパターン化面４５を有してもよく、別法として、アンビル表面全体に隆起したパターン化面４５があってもよい。一般に、パターン化面は溶接に対し５〜３０％の面積を提供する。パターン化面の一例は、図４Ａに示すような菱形パターンであり、菱形はおよそ５〜３０ミル（１３０〜７６０マイクロメートル、０．１３〜０．７６ｍｍ）の辺を有し、領域のおよそ１０〜３０％が菱形で覆われる。パターン化面の別の例は、図４Ｂに示すような円形ドットパターンであり、ドットは径がおよそ２〜２０ミル（５０〜５００マイクロメートル、０．０５〜０．５ｍｍ）であり、領域のおよそ５〜２０％がドットで覆われる。他のパターンおよび認識できるパターンのない表面も使用することができる、ということが理解される。
【００３９】
溶接工程中、概してホーン４２は或る周波数および振幅で、概して矢印８５によって示す方向に振動する。約１５〜７０ＫＨｚの周波数が適当であるが、別法としてより高い周波数および低い周波数を使用してもよい。振幅は、振動片に印加される電圧の関数である。たとえば１５〜７０ＫＨｚの周波数で製品１０を作製する大部分の工程に対し、約１．５ミル（約３７マイクロメートル）から約３．５ミル（約８７マイクロメートル）までのアンビル４１とホーン４２との間の固定間隙が適当である。２０ＫＨｚの場合、例として、約１ミル（約２５マイクロメートル）から約２．５ミル（約６２マイクロメートル）までのピーク間振幅が適当である。溶接されている材料に応じて、より大きい間隙およびより小さい間隙を使用することができ、異なる周波数および振幅を使用することも可能である、ということが理解される。たとえば、厚い材料ほど大きい間隙および大きい振幅を使用することができる。
【００４０】
超音波溶接
上述したように、少なくとも２つの材料を一緒に超音波溶接することにより、多層積層複合製品が生成される。図１の多層積層複合製品１０の場合、接着層１４を有する不織布１２が基層１６に溶接される。複合製品１０を溶接するために使用することができる超音波溶接に対するさまざまな工程について、他の実施形態と組み合わせることができるかまたは単独で使用することができる工程特徴とともに後に説明する。たとえば、アンビルおよびホーンの両方が回転する回転超音波装置を使用して、自由度が低減した装置について説明する。制限した自由度を提供する特徴を、たとえばホーンが回転しアンビルが固定されている装置に同様に組み込むことができる。別の例として、ホーンおよびアンビルの両方を固定にする固定装置を使用して、共振周波数フィードバックを使用するアンビルとホーンとの間の間隙を監視し調整する方法について説明する。間隙を監視し調整する特徴を、回転装置に同様に組み込むことができる。さらに別の例として、アンビルとホーンとの間の間隙を固定する方法について、ホーンおよびアンビルをともに固定にする固定装置を使用して説明する。間隙を設定する特徴を、回転装置に同様に組み込むことができる。
【００４１】
低減した自由度による間隙の制御
図５を参照すると、回転溶接システム１００が示されている。回転溶接システム１００は、アンビルに対するホーンの自由度を制限する特徴を有し、それにより、溶接工程中のホーンとアンビルとの間の間隙および移動がよりよく制御される。
【００４２】
システム１００は、アンビルアセンブリ２００と、ホーン取付アセンブリ３００と、ホーンアセンブリ４００と、ホーン・アンビル間隙調整アセンブリ５００と、ホーン吊上げアセンブリ６００と、ニップアセンブリ７００と、を含む。これらアセンブリの各々に関するさらなる詳細については後述する。図５にはまた、回転溶接システム１００の一部として、側板２１７と、タイロッド２１８と、ホーンサーボモータ２１９と、アンビルサーボモータおよびギアボックス２１１と、が示されている。
【００４３】
図６は、アンビルアセンブリ２００の詳細な図を提供する。アンビルアセンブリ２００は、ロール面２２２およびジャーナル２２３を有するアンビルロール２２１を含む。アンビルロール２２１は、ダイロール、エンボシングロール、プリンティングロールまたは溶接ロール等、任意の適当なロールであってもよい。アンビル支持ブロック２２４がアンビル枠２２５に取り付けられる。アンビルロール２２１は、軸、好ましくはロール２２１の中心を通って長手方向に延在する軸を中心に回転するように構成される。
【００４４】
図７および図８を参照すると、内側または支持面２１７ｂを有する側板２１７によって支持されるアンビルロールアセンブリ２００のさらなる図が示されている。アンビルロール２２１は、タイロッド２１８および側板２１７に、ロール２２１がその長手方向軸を中心に回転することができるように取り付けられる。
【００４５】
図９は、取付枠３３１と、ホーン支持ブロック３３２と、ホーン駆動モータ３３３と、ベルト３３４等のホーン駆動機構と、を含む、ホーン取付アセンブリ３００を示す。
【００４６】
溶接システム１００にホーン取付アセンブリ３００が取り付けられると、側板２１７のスロットＭ２（図１４に示すような）が、ホーン取付アセンブリ３００を案内し、移動することができるようにする。特に、支持ブロック３３２の面３３６は、側板２１７の面Ｍ３に接触し、支持ブロック３３２の少なくとも一部がスロットＭ２内に適合することが好ましい。実施形態によっては、面３３６は円柱状面であるが、これは必須ではない。面３３６は、アセンブリ３００の２つの方向における移動を抑制し、そのため、２つの自由度、すなわち１つはＸ軸に沿った直線状自由度、１つはＹ軸を中心とする回転自由度（図９を参照）を取り除く。Ｚ軸を中心とする別の回転自由度は、取付枠３３７の停止ボタンＭ４によって取り除かれる。２つの追加の自由度のみが残る。
【００４７】
図４は、アンビル４１およびホーン４２を含むより簡略化した形態で、軸と利用可能な自由度とを示す。ホーン４２は、その内部を通して長手方向に延在する第１軸６０を有する。第１軸６０に対して第２軸７０が直交し、それはアンビル４１が配置される方向である。第１軸６０および第２軸７０の各々に対して第３軸８０が直交する。
【００４８】
一形態では、ホーン４２は、矢印６５によって示す方向に第１軸６０を中心に回転する。第１の追加の自由度は、第１軸６０に垂直な方向における並進運動であり、それは、第３軸８０によって示す方向である。第１の追加の自由度を矢印８５によって示す。第２の追加の自由度は、矢印７５によって示す、第２軸７０を中心とする回転運動であり、第２軸は、第１軸６０と第１の追加の自由度の方向８５との両方に対して垂直である。
【００４９】
支持ブロック３３２はまた面３３８の第２セットを有し、それもまた例示的な実施形態では円柱状面である。これら面３３８の半径は、側板２１７の内側または支持面２１７ｂ（図８）間の距離の半分である。面３３８は、Ｚ軸に沿った並進自由度を取り除く。
【００５０】
すべての剛体が６つの自由度を有することはよく理解されている。上述した特徴は４つの自由度を取り除く。２つの残っている利用可能な自由度は、Ｙ軸に沿った（アンビルに向かいかつアンビルから離れる）並進移動と、Ｘ軸に沿った回転移動と、である。これら自由度の組合せにより、ホーン３０とアンビルとの間の間隙を、ホーン３０の両側に対して独立して調整することができる。
【００５１】
図１０および図１１は、ホーン４４２と、節取付具４４３と、ホーン支持リング４４４と、ホーン軸受４４５と、ホーン駆動スプロケット４４６と、を含むホーンアセンブリ４００を示す。
【００５２】
図１２は、ホーン間隙またはホーン・アンビル間隙調整アセンブリ５００を示す。アセンブリ５００は、第１カムおよび第２カム５５０と、カムに取り付けられる駆動ギア５５１と、を含む。カムの内側円柱状面Ｍ６は、アセンブリ３００の円柱状面Ｍ５（図９）上に載る。面Ｍ５と面Ｍ６との間の隙間により、カム５５０はｚ軸を中心に回転することができる。
【００５３】
ギアシャフト５５３は、穴Ｍ７（図９）を使用して支持ブロック３３２間に取り付けられる非回転シャフトである。駆動ギア５５２は、ギアシャフト５５３に回転可能に取り付けられる。駆動ギア５５２は、六角形体Ｍ８上のレンチを使用して独立して回転する。駆動ギア５５２の回転によりカム５５０が回転する。
【００５４】
使用時、外側カム面５５０ａは、ｈがカムの総高さであり、θがカムの回転の角度であり、Ａが定数である場合、一次関数ｈ＝Ａθを生成するように、加工される。好ましい実施形態では、カム５５０は、３００度のカム回転にわたり０．１００インチ（約２．５ｍｍ）の高さを生成する。これにより、３／１００００インチ／度（約０．００７６ｍｍ／度）の調整分解能が提供される。
【００５５】
図１３は、ホーン取付アセンブリ３００を側板２１７に関して移動させ、概して上昇させ下降させるために使用される、ホーン吊上げアセンブリ６００を示す。ホーン取付アセンブリ３００の動きは、カム面５５０ａがアンビルアセンブリ２００のカム従動子２２７と接触すると停止する。
【００５６】
ホーン吊上げアセンブリ６００は、側板２１７に固定取付けされる吊上げ枠６６０を含む。吊上げ枠６６０には、必要に応じて膨張し縮小するように構成される空気圧ベローズ６６１が取り付けられる。使用時、加圧ベローズ６６１は、ホーン取付アセンブリ３００に力を加えることにより、アセンブリ３００をアンビルロール２２１（図１３には示さない、図８を参照）に向かって押し、別法として、リニアアクチュエータ、空気圧シリンダおよび液圧シリンダ等の他の力発生器を使用してもよい。上述したように、ホーン取付アセンブリ３００は２つの残りの自由度を有する。１つはＹ軸に沿った並進自由度であり、１つはＸ（θX）軸に沿った回転自由度である（図１３）。
【００５７】
方法によっては、「力モード」を使用してもよいが、概して好ましくない。「力モード」は、目標（たとえば平均）材料特性（たとえば厚さ）を有する材料を溶接するために選択される一定のまたは固定溶接力を使用する。力モードは、超音波ホーンがアンビルまたは回転ホーンのいかなる振れにも従うことができるようにするために有用である。しかしながら、溶接材料の特性が目標値（たとえば厚さ）と異なる場合、一定力システムは、許容できない溶接品質をもたらす可能性がある。結果としての製品は、平均より厚いかまたはしわのある製品がアンビルとホーンとの間を通過する場合、過剰溶接される可能性があり、平均より薄い材料が使用される場合、溶接不足となる可能性がある。力モードシステムの場合、ウェブが厚いほどその領域に対し、溶接を提供するためにより多くの溶接エネルギーが必要となる。厚いウェブほど、溶接システムを撓ませる可能性があり、加えられる力を変化させ、そのため溶接がより弱くなる結果となる。さらに、ウェブ速度が変化する場合、システムの力および／または振幅を、一定の溶接品質を保持するために変更する必要のある場合がある。たとえば、溶接振幅または力対線速度アルゴリズムを開発し採用する必要のある場合がある。力モードシステムは、ウェブ速度が非常に高い場合、システムの慣性によりホーンがアンビルの振れに従うことができなくなる可能性があるという点で、速度の影響を受け易い可能性がある。かかる場合、溶接のばらつきが増大する。さらに、溶接されている材料の破損が発生した場合、ホーン対アンビルの金属対金属の接触が発生し、それはシステムに対し損傷を与える可能性がある。
【００５８】
図１４および図１５は、ホーン吊上げアセンブリ６００のさらなる図を示す。本実施形態では、ホーン取付アセンブリ３００の側板２１７および取付枠３３１に対する回転を制御するために、ピボットスロップ（ｓｌｏｐ）を備えたギア式７節リンク機構が使用される。このリンク機構は、接続リンクアーム６６２と、ピボットアーム６６３と、ピボットシャフト６６４と、ギア６６５と、ピボット接続部６６６、６６７と、を含む。ベローズ６６１がホーン取付アセンブリ３００を吊り上げると、接続リンクアーム６６２がピボットアーム６６３の端部を上昇させ、それにより、ピボットアーム６６３は、ともに噛み合っているため、等しい量だけ回転する。ピボット継手６６６、６６７に隙間またはスロップがないため、ホーン取付アセンブリ３００は垂直にのみ移動し、回転自由度（θｘ）は取り除かれる。しかしながら、継手６６６、６６７に隙間を含めることにより、或る量の回転が可能となる。
【００５９】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、より基本的な運動学的形態でのホーン取付アセンブリ３００とともに、ギア式７節リンク機構６００Ａを示す。図１５Ａを参照すると、本実施形態では、リンクＭ１０は地面である。リンク機構６００Ａは、接続リンクアーム６６２Ａと、ピボットアーム６６３Ａと、ピボットシャフト６６４Ａと、ピボット接続部６６６Ａ、６６７Ａと、を含む。接続リンクアーム６６２Ａは、継手６６７Ａにおいてピボットアーム６６３Ａの端部を上昇させ、それにより、アーム６６３Ａは、合わせて噛みあっているため等しい量だけ回転する。
【００６０】
ピボットアーム６６３Ａは、それぞれ継手６６６Ａおよび６６７Ａを介して地面とリンクアーム６６２Ａとに接続される２つの二節リンクである。ピボットアーム６６３Ａはまた、ギア継手を使用して互いに接続される。ギア継手の比は１：１である。リンクアーム６６２Ａもまた、それぞれ関節６６７Ａ、６６６Ａを介してピボットアーム６６３Ａと取付枠３３１Ａとに接続される二節リンクである。取付枠３３１Ａは、ピボット継手６６７ＡおよびＭ１２によりアーム６６２ＡおよびスライダブロックＭ１１に接続される三節リンクである。スライダブロックＭ１１は、継手Ｍ１０およびＭ１２を使用して地面と取付枠３３１Ａとに接続される。スライダブロックＭ１１は、取付枠３３１Ａが並進自由度および回転自由度のみを有するように、取付枠３３１Ａの動きを制御する。
【００６１】
リンク機構６００Ａは、特大穴を含むことにより継手６６６Ａに継手隙間を含む。さらにまたは別法として、継手隙間は、ピボット継手６６７Ａに存在してもよい。従来の継手隙間のないギア式７節リンク機構では、取付枠３３１Ａの動きは、ピボットアーム６６３Ａが回転する際の並進のみである。継手隙間を有することにより、取付枠３３１Ａに接続されるホーン取付アセンブリ３００のホーン４４２を、角運動を制限して調整することができる。
【００６２】
継手における隙間を、図１５Ｂに示すように、スロットを使用することにより、隙間制御／制限角運動θｘを使用して達成してもよい。図１５Ｂにおいて、リンク機構６００Ｂは、接続リンクアーム６６２Ｂと、ピボットアーム６６３Ｂと、ピボットシャフト６６４Ｂと、ピボット接続部６６６Ｂ、６６７Ｂと、を含む。ピボット接続部６６６Ｂは、継手隙間を提供するスロットを含む。Ｌが継手６６６Ｂ間の距離であり、Ｃが継手隙間である場合、可能な回転の角度αは、次式によって与えられる。
【００６３】
【数１】
【００６４】
特大穴、スロット等の隙間は、回転により製造公差および工程変動を調整するようにホーン４４２とアンビルとの間の間隙の変動が可能であるように選択される。しかしながら、隙間は、カム５５０における正しいホーン４４２の取付けおよび停止を妨げるかまたは阻止するほど大きくはない。
【００６５】
図１６は、ニップアセンブリ７００を示す。ニップアセンブリは、ニップローラ７７１と、ニップアーム７７２と、ピボットシャフト７７３と、ニップシリンダ７７４と、シリンダ支持シャフト７７５と、を含む。
【００６６】
図５Ａにおいて装置１００Ａとして代替的な例示的回転溶接モジュールを示す。図５の装置１００と同様に、装置１００Ａは複数のサブアセンブリを有する。図５Ａに、アンビルロール２２１Ａと、ホーンアセンブリ４００Ａと、ホーン吊上げアセンブリ６００Ａと、を含むアンビルアセンブリ２００Ａを示す。図５Ａにはまた、側板２１７Ａも示す。装置１００Ａは、板ばねＭ１３、通常は少なくとも２対の板ばねＭ１４を含む。板ばねＭ１４の各対は、異なる支持ブロック３３２および異なる側板２１７Ａに取り付けられる。
【００６７】
アンビルとホーンとの間の間隙をよりよく制御するために利用可能な自由度を低減することに基づく溶接装置は、概して、第１軸を有するアンビルロール２２１または他の回転可能工具と、アンビルロール２２１を、それがその第１軸を中心に回転することができるように支持する取付システムと、を含む。取付システムは、アンビルロール２２１が２つの追加の自由度のみを有し、第１の追加の自由度は第１軸に垂直な方向の並進運動であり、第２の追加の自由度が、第１軸と第１の追加の自由度の方向との両方に対して垂直である第２軸を中心とする回転運動であるように構成される。このように移動の範囲が限られることにより、アンビルとホーンとの間の距離が安定する。アンビルとホーンとの間の間隙を低減された自由度によって制御することに関する詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第５９６４３ＵＳ００２を有する「超音波溶接ホーンの位置を調整する方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｈｏｒｎ）」と題する本出願の譲受人の同時係属中の仮出願第６０／６４０９７９号明細書に記載されている。
【００６８】
要約すると、低減した自由度によって間隙を制御する装置は、第１軸を有するアンビルまたはホーン等の回転可能工具と、回転可能工具を、それがその第１軸を中心に回転することができるように支持する取付システムと、を有する。このように、回転可能工具は、２つの追加の自由度、すなわち第１軸に対して垂直な方向の並進運動と、第１軸と第１の追加の自由度の方向との両方に垂直な第２軸を中心とする回転運動と、のみを有する。複合材料１０を作製する方法は、回転可能工具を、それがその第１軸を中心に回転することができるように、かつ回転可能工具が２つの追加の自由度のみを有するように支持する取付システムを提供することと、第１軸を有する回転可能工具を取付システム内に取り付けることと、ウェブを処理するために工具ロールに接触させることと、を含む。
【００６９】
周波数または温度フィードバックによる間隙の制御
溶接工程中にホーンとアンビルとの間の間隙および移動をよりよく制御する第２の概略的な方法を以下に示す。「固定間隙」適用では、ホーンとアンビルとの間の距離を非常に厳密に維持することが望まれる。しかしながら、超音波ホーンが動作する際に、ホーンの温度は概して上昇し、その結果、ホーンの材料が膨張し、そのためホーンの寸法が増大する。多くの適用では、ホーンの膨張は、間隙を許容可能な値を下回る値まで低減するほど、またはさらにはホーンがアンビルに直接接触することになるほど大きい。これは望ましくない。未知のまたは制御されないホーンの寸法の変化（たとえばホーン径または長さの変化）は難題をもたらす可能性がある。
【００７０】
ホーンの共振周波数は、ホーンの形状および材料特性の関数であるということが確認された。特に、共振周波数は、ホーンの寸法に反比例する。すなわち、ホーンの共振周波数は、ホーンの寸法が増大するに従い低減する。ホーン寸法の変化を、電子的に測定することができる瞬間共振周波数と初期共振周波数とを知ることに基づいて、正確にかつすぐれた分解能で計算することができる。
【００７１】
ホーンの寸法（たとえば長さ）はまた、温度に対して正比例する。ホーンの温度を測定することにより寸法を確定し、したがって共振周波数を知ることが可能である。
【００７２】
アンビルとホーンとの間の間隙を調整するために周波数フィードバックまたは温度を使用することに基づく溶接装置は、概して、ホーンの周波数に基づいて信号を提供するように適合される周波数センサと、ホーンとアンビルとの間の間隙を信号に基づく所定方法で調整する位置決めシステムと、を有する。周波数センサを、たとえば、超音波エネルギー源によって引き渡される電圧、超音波エネルギー源によって引き出される電流、ホーンの近くに配置される誘導センサにおいて誘導される電圧、ホーンの近くに配置される静電容量センサの静電容量の変化、ホーンを観測するために配置される光センサ、およびホーンに物理的に接触する接触センサによって、周波数を確定するように選択することができる。センサ、位置決めシステム、ホーン、アンビルおよび超音波エネルギー源のうちのいずれかまたはすべてを、支持ブラケットもしくは他の１つまたは複数の取付システムで支持することができる。
【００７３】
ホーン寸法の増大を補償するための周波数フィードバックまたは温度フィードバックの使用を、回転アンビル、固定アンビル、回転ホーン、固定ホーンまたはそれらの任意の組合せとともに使用することができる。システムを、アンビルとホーンとの間の距離を調整するように、またはアンビルおよびホーンのうちの一方（通常はホーン）に加えられる力を、それら２つがそれらの間の材料と所望の距離になるように調整するように、構成することができる。
【００７４】
使用時、接合される材料は、ホーンとアンビルとの間に配置され、ホーンに対してエネルギーが印加されかつホーンが励起され、ホーンの動作周波数が測定され、その測定値に基づいてホーンとアンビルとの間の距離が調整される。ホーンとアンビルとの間の間隙は、ホーンサイズの変化にも関わらず所定間隙を維持するように調整されることが好ましい。別法としてまたはさらに、ホーンとアンビルとの間の間隙は、ホーンサイズの変化にも関わらずホーンとアンビルとの間の所定力を維持するように調整されることが好ましい。
【００７５】
ホーンとアンビルとの間の間隙を測定する１つの有用な方法は、アンビルまたはホーンに近接センサを取り付け、所定機械面からの間隙の変化を測定することによる。そして、その間隙は、固定間隙を維持するようにホーンまたはアンビルを移動させる、アクティブリニア（サーボ）モータを使用することによって調整される。
【００７６】
設計によっては、ホーンまたはアンビルまたは両方の温度の制御を容易にするために冷却装置を使用することが望ましい場合もある。温度を制御することはまた周波数に対して影響を与える。
【００７７】
周波数フィードバックによってアンビルとホーンとの間の間隙を制御することに関するさらなる詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第６０２７２ＵＳ００２号を有する、「超音波溶接システムの周波数に基づく制御（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する本出願の譲受人による同時係属中の仮出願第６０／６４０９７８号明細書に記載されている。
【００７８】
要約すると、周波数フィードバックを使用して間隙を監視する方法は、振動工具（たとえばホーン）の共振周波数を受け取ることと、共振周波数に基づいて、振動工具と固定基準点との間の間隙の距離のおよその変化に対し既知の関係にある量を確定することと、を含む。これは、振動工具の共振周波数と材料特性との関数として、振動工具の長さを計算することを含むことができる。そして、本方法は、一定の間隙を実質的に維持するように、振動工具と基準点との間の距離を調整することを含むことができ、これを、振動工具の共振周波数に基づいて行うことができる。温度フィードバックを使用して間隙を監視することは、適宜同様である。
【００７９】
かかる方法により被加工物に超音波エネルギーを印加するシステムは、ホーンスタック（ホーンを含む）と、ホーンスタックが取り付けられる取付システムと、ホーンスタックに結合されるエネルギー源と、被加工物を支持する面を有するアンビルと、ホーンスタックの共振周波数を受け取り、ホーンスタックとアンビルとの間の間隙の変化に対し既知の関係にある量を確定するように構成されたコントローラと、を有する。この間隙の変化を、事前に取得されたデータの表から確定することができ、その表に見つからない値を、既知のデータから内挿または外挿することができる。システムは、コントローラの代りに、ホーンスタックとアンビルとの間の間隙の変化に対し既知の関係にある量を確定する任意の機構を有することができる。温度フィードバックを使用して間隙を監視するシステムは、適宜同様である。
【００８０】
撓み可能なホーン止め具による間隙の制御
溶接工程中にホーンとアンビルとの間の間隙および移動をよりよく制御する第３の概略的な方法を以下に示す。「固定間隙」適用では、ホーンとアンビルとの間の距離は、概して、ホーンのアンビルに近づく移動を抑制する固定止め具によって制御される。上述したように、使用中、ホーンは膨張し、ホーンとアンビルとの間の間隙は許容可能な値を下回る値まで低減する。ホーン膨張を監視することによって間隙を測定する方法を上述したが、ホーンを監視することなく間隙を制御する方法について以下に述べる。
【００８１】
ホーンは、直線状スライドアセンブリに取り付けられ、直線状スライドアセンブリには、ホーンをアンビルに向かって付勢する力が加えられる。固定止め具を使用して、ホーンとアンビルとの間の所望の間隙が設定される。スライドに加えられる力は、製品を溶接するために必要な力より概して大きい。さらに、力は、ホーンの予測される膨張に等しいかまたはそれより大きい止め具アセンブリの弾性変形をもたらすために十分である。この止め具アセンブリの撓みが発生すると、ホーンはアンビルに近づくように移動する。
【００８２】
止め具アセンブリ位置は、ホーンが冷たい時に所望の間隙が得られるように設定され、最大力は、最大止め具撓みが発生するように加えられる。動作中ホーンが膨張すると、たとえば、周波数低減を使用して上述したように、ホーンの増大した長さが確定される。ホーンが膨張すると、加えられる力が低減し、それにより、ホーンの熱膨張に等しい量だけ固定止め具の撓みが低減する。撓み距離と力との関係は、動作の前に確定されることが好ましく、すなわち、止め具位置を設定するために試運転が行われる。試運転の結果を、たとえば、後に参照することができる表に記録することができる。この表に見つからない値を、既知のデータから内挿または外挿することができる。このように、ホーンとアンビルとの間の間隙は制御され、溶接工程を通して一定に保持されることが好ましい。
【００８３】
図１７および図１８は、可撓性固定止め具を使用する一例としてのシステムを示す。図１７は、ホーンが後退位置にある、またはアンビルから離れる方向に移動しているユニットを示す。図１８は、ホーンとアンビルとの間に間隙が設定されてホーンが溶接位置まで移動しているユニットを示す。溶接システム１１０は、支持面１１７に固定される溶接システム１３０と、支持面１１８に固定されるアンビル１２１と、を有する。溶接システム１３０は、ホーン支持具１２０によって支持され面１１７に対して移動可能であるホーン１３２と、支持板１５６を有する固定止め具１５５（それらは面１１７に対して固定されている）と、膨張可能空気ブラダ１６１と、を有する。
【００８４】
ブラダ１６１を使用して、ホーン支持具１２０とホーン１３２とをアンビル１２１に向かって移動させる力を加える。面１２５が固定止め具１５５に接すると、支持板１５６は加えられる力の下でわずかに撓む。
【００８５】
チタンホーンで動作する際、温度は室温から最大５０°Ｆ（約１０℃）だけ上昇することが確認されており、それにより、ホーン寸法が０．００１０インチ（約０．０２５ｍｍ）増大する。その結果、ホーン１３２とアンビル１２１との間の間隙は、何の補償も行わない場合、０．００１０インチ（約０．０２５ｍｍ）だけ低減する。支持板１５６の撓みは、０．００１０インチ（約０．０２５ｍｍ）／６７５ポンド力（約３０６ｋｇ力）であることが知られている。したがって、室温のホーンで加えられる力は少なくとも１１２５ポンド（約５１０ｋｇ）または６０ｐｓｉｇ（約４１４ｋＰａ）でなければならない。ホーンが動作して長さが増大すると、ホーンとアンビルとの間の間隙を一定に維持するために、加えられる空気圧は６０ｐｓｉｇ（約４１４ｋＰａ）から３０ｐｓｉｇ（約２０７ｋＰａ）まで低減する。
【００８６】
変形可能止め具アセンブリを利用することによってアンビルとホーンとの間の距離を制御するように概して構成される溶接装置は、固定止め具を有するアンビルと、ホーンと、固定止め具の弾性変形がホーンとアンビルとの間の間隙に対する微調整を提供するように、ホーンを固定止め具に対して押圧する力を加えることができるように取り付けられる加力器と、を含む。装置は、ホーンの特定の特性を監視し、その特定の特性の変化にも関らずホーンとアンビルとの間の間隙を固定値で保持するようにホーンに加えられる力を制御する、検知システムを有してもよい。監視される特性は、たとえば、ホーンの温度、長さ等の寸法、または振動周波数であってもよい。
【００８７】
熱膨張によるホーン寸法増大を補償するための、変形可能であるが固定の止め具の使用を、回転アンビル、固定アンビル、回転ホーン、固定ホーンまたはそれらの任意の組合せとともに使用することができる。
【００８８】
撓み可能止め具を使用することによってアンビルとホーンとの間の間隙を制御することに関するさらなる詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第６０２７３ＵＳ００２号を有する、「超音波溶接システムのための間隙調整（Ｇａｐ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ａｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する本出願の譲受人による同時係属中の仮出願第６０／６４１０４８号明細書に記載されている。
【００８９】
概して、固定撓み可能止め具を使用して間隙を制御するシステムは、並進部材と固定弾性変形可能止め具を備える取付具と、超音波エネルギー源に結合され、並進部材に動作可能に接続されるホーンと、ホーンから間隙によって分離されるアンビルと、ホーンをアンビルに向かって付勢する加力器と、有する。加力器はまた、ホーンに動作可能に結合される部材が、程度を変化させることによって弾性変形可能止め具に接触しそれを変形させるようにし、それによりホーンとアンビルとの間の間隙がシステムの動作中に実質的に一定であり続けるようにする。代替システムは、アンビルから取付システムによって分離されたホーンと、ホーンに結合された超音波エネルギー源と、ホーンが熱膨張している間に分離を一定長さに実質的に維持する任意の機構と、を有することができる。
【００９０】
かかるシステムは、概して、ホーンとアンビルとの間に間隙が確立されるようにホーンをアンビルに近接して配置し、ホーンをアンビルに向かって付勢するようにホーンに力を加え、変形可能止め具を、付勢力を加えることによりホーンに動作可能に接続された部材が変形可能止め具に当接しかつ止め具を変形させるような位置に配置し、ホーンの動作中に、変形可能止め具の変形の程度を調整しかつホーンとアンビルとの間の間隙を実質的に一定に維持するように、付勢力を反復的に調整することにより、動作する。
【００９１】
ホーン振幅を調整することによる間隙の制御
アンビルとホーンとの間の間隙を、通常はホーンである振動工具の振動振幅を調整することによって制御してもよい。かかるシステムは、概して、取付システムによって保持されるホーンまたはホーンスタックを含む。ホーンスタックには電源が動作可能に結合され、命令に応じてホーンに所与の振幅の交流（ＡＣ）信号を供給するように構成され、さらにホーンに供給されるＡＣ信号の周波数を示すデータを出力するように構成される。電源にはコントローラが動作可能に結合される。コントローラは、電源から周波数データを受け取り、周波数データによって確定される選択された振幅のＡＣ信号を引き渡すように電源に命令するように構成される。振幅が変化すると、ホーンとアンビルとの間の間隙も変化する。
【００９２】
概して、この基礎にある理論を使用する方法は、ホーンとアンビルとの間に間隙が確立されるように、ホーンをアンビルに近接して配置することを含む。ホーンに結合される変換器に交流（ＡＣ）信号が印加され、ＡＣ信号は振幅を呈する。ＡＣ信号の振幅は、ホーンの動作中に、ホーンとアンビルとの間の間隙を実質的に一定に維持するように調整される。
【００９３】
アンビルとホーンとの間の間隙を、撓み可能な止め具を使用して制御することに関するさらなる詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第６１３９７ＵＳ００２を有する、「超音波ホーンの振幅調整（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｈｏｒｎ）」と題する２００５年１１月７日に出願された、本出願の譲受人による同時係属中の出願第１１／２６８１４１号明細書に記載されている。
【００９４】
製品
上述した方法のいずれも、多層積層製品１０を作製するために適している。積層複合材料１０は、溶接領域Ｗにおいて基層１６に溶接される不織布テープ１２（一実施形態では２片の不織布テープ１２）を有する。基層１６は、たとえば、エラストマー材料の少なくとも１つの層を有する積層弾性材料等の弾性材料であり得る。複合材料１０はまた、機械的取付部１８およびフィンガーリフトタブ２０を有してもよい。基層１６に隣接する不織布テープ１２に接着層１４が存在してもよい。
【００９５】
回転ホーンを用いてもたらされる、不織布テープ１２と基層１６との間の積層接合部は、概して、表面の柔軟性を向上させ、固定ホーンによって製作される同様の製品に対して柔軟性を増大させた。材料１０はまた、概して、回転ホーンを用いて溶接される場合、同じライン速度で固定ホーンによって制作される製品に比較した場合、積層強度の向上を示す。回転ホーンを用いてもたらされる溶接部を有する製品は、通常、より高い引張り力および引き裂き力を有する。回転ホーンが使用される場合、固定ホーンに比較して、材料の溶接領域に穴または裂け目を有する可能性が低減する。これら概念はまた、通常、回転アンビルを使用するシステムにも当てはまる。
【００９６】
パターン化アンビルまたはホーンを使用する回転工程を用いてもたらされる溶接部は、感触が柔らかく特異なパターンを有する。比較して、固定溶接によって作製される同様の複合材料は、適当であるが、それほど柔らかくなく、溶接の領域にトラフがあることが多い。さらに、回転工程は、接合部を、より高い強度の接合をより高いライン速度で生成する。たとえば、回転工程に対して２００メートル／分での引張り強度は、概して、固定ホーンからの５０メートル／分での引張り強度と等価であった。
【実施例】
【００９７】
以下の非限定的な実施例は、回転超音波溶接によって作製される多層積層製品をさらに示す。実施例におけるすべての比重、パーセンテージ、比率等は、特に断りのない限り重量による。
【００９８】
試験方法
本発明の積層体の接合強度を、以下の方法を使用して試験した。
【００９９】
破断引張強度
接合された領域における積層体の破断引張強度を、ＡＳＴＭ Ｄ８８２に従って、インストロン（ＩＮＳＴＲＯＮ）モデル（Ｍｏｄｅｌ）１１２２を用いて伸び引張装置の一定速度で測定した。ロール状の溶接積層体から、４０ｍｍ幅×７０ｍｍ長のサンプルを切断した。長さ方向はロールの幅方向（ＣＤ）である。サンプルを、試験装置のジョーに、５０ｍｍの初期ジョー分離距離で搭載した。そして、サンプルの破断（破壊）点に達するまで、ジョーを５００ｍｍ／分の速度で分離した。破断点は、略常に積層体の超音波接合領域で発生した。最大負荷をニュートン（Ｎ）で記録した。１０個の複製を試験し、平均をとり、表１においてＮ／４０ｍｍ単位で報告した。
【０１００】
台形引裂強度
また、超音波接合部の強度を、インストロン（ＩＮＳＴＲＯＮ）モデル（Ｍｏｄｅｌ）１１２２を用いてＡＳＴＭ Ｄ５５８７に記載されている手続きを使用して台形引裂試験を用いても測定した。試験サンプル、４０ｍｍ幅×７０ｍｍ長を、ロール状の積層体から切断した。長さ方向はロールの幅方向（ＣＤ）である。試験ガイドラインを、サンプルの各端部から、一方の縁の接合領域から開始して他方の縁までロールの装置方向に対して３０度の角度で延在するように引いた。サンプルを試験装置のジョーに、３５ｍｍの初期ジョー分離距離で搭載し、それにより、ジョーの底縁が３０度ガイドラインに一致するようにした。これにより、ジョー内の積層体に非対称の座屈がもらされ、それによりジョーの縁に応力集中がもたらされ、その結果、積層体がその超音波接合領域に沿って引き裂かれる。そして、ジョーを、サンプルの破断（破壊）点に達するまで５００ｍｍ／分の速度で分離した。最大負荷を、サンプルがその一方の縁から他方の縁まで引き裂かれる際にニュートン（Ｎ）で記録した。１０個の複製を試験し平均をとり、表１においてＮ／４０ｍｍ単位で報告した。
【０１０１】
実施例１
不織布ファスニングテープ１２
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＤ−３６１３として入手可能であり、２８ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマーによってポリコーティングされ、非ポリコーティング面が２ｇ／ｍ2シリコーン・アクリレートリリースコーティングによりリリースコーティングされ、ポリコーティング面が、５０％クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）１１１９（ＳＩＳブロックコポリマー、テキサス州ヒューストンのクラトン・ポリマー社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および５０％ウィングタックプラス（ＷＩＮＧＴＡＣＫ Ｐｌｕｓ）（固体粘着付与剤、ペンシルバニア州エクストンのサルトマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）））からなる３３ｇ／ｍ2ホットメルト接着剤１４で接着剤コーティングされた、５０ｇ／ｍ2スパンボンドポリプロピレン不織布からなる。
【０１０２】
フィンガーリフト２０
ニュージャージー州リビングストンのアムトップ・コーポレイション（Ａｍｔｏｐｐ Ｃｏｒｐ．（Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ，ＮＪ））から入手可能であり、４０ミクロン白色二軸延伸ポリプロピレン。
【０１０３】
ファスナ１８
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＮ−３４５７として入手可能であり、米国特許第６，１９０，５９４号明細書における実施例に類似する、３％白色顔料を含む１０７ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマー、３６０フック／ｃｍ2。
【０１０４】
不織布／弾性積層体１６
１０５ｇ／ｍ2３層共押出弾性フィルム２２の両側に２０ｇ／ｍ2ポリプロピレンスパンボンド不織布１６（ニューヨーク州グレートネックのファースト・クオリティ・ノンウーブン社（Ｆｉｒｓｔ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ Ｉｎｃ．（Ｇｒｅａｔ Ｎｅｃｋ，ＮＹ））を接着積層することによって用意され、フィルム２２は、７０％クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ１１１４（ＳＩＳブロックコポリマー、テキサス州ヒューストンのクラトン・ポリマー社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および３０％５Ｅ５７（ポリプロピレン、ミシガン州ミッドランドのダウ・ケミカル（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）））との混合物から作製された中心コア層（９４ｇ／ｍ2）と、コア層の各側のポリプロピレン（５Ｅ５７、ミシガン州ミッドランドのダウ・ケミカル（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）））から作製されたスキン層（６ｇ／ｍ2）と、からなる。
【０１０５】
共押出弾性フィルムを、幅方向に５．３〜１伸張させ、伸長状態に保持しながら、４．５ｇ／ｍ2接着剤（Ｈ２４９４、マサチューセッツ州ミドルトンのボスティック・アドヘッシブ（Ｂｏｓｔｉｋ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ（Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ，ＭＡ）））によって渦巻パターンに噴霧された不織布ウェブの両側に積層した。そして、積層体を弛緩させてロールに巻き付かせた。
【０１０６】
図５〜図１８に示すものに類似する装置を使用して、上記材料を合わせて積層し接合することにより、図１に示すようなものを形成した。材料を、図４に示すものに類似する回転超音波ホーンおよび回転超音波アンビルを使用して２００メートル／分のライン速度で接合した。アンビルは、図４Ｂに示すものに類似する４ｍｍ幅ドット溶接パターンを提供するように構成された放射状に配置された一連のピンを有するスチールシリンダであった。ピンは、高さが０．５８ｍｍであり上部ランド面積が０．５ｍｍ2である円錐台の千鳥形アレイから構成されていた。ピンの中心間間隔は１．６ｍｍであった。
【０１０７】
装置を、１００％、２．１ミルピーク間（５３ミクロン）に設定されたホーンの振幅および２０ｋＨｚの周波数で１．５ミル（約３７マイクロメートル）の固定間隙で運転した。
【０１０８】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果を以下の表１に示す。
【０１０９】
実施例２
実施例１と同じ材料を、ライン速度が６０ｍ／分であることを除き、実施例１と同じ回転超音波溶接装置を使用して合わせて積層し接合した。
【０１１０】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果は以下の表１に示す。
【０１１１】
比較実施例Ｃ１
上記実施例１において説明したものと同じ材料を、固定超音波溶接装置を使用して合わせて積層し接合した。回転アンビルと固定走査（バー）ホーンとを使用した。アンビルは、図４Ａに示すものに類似する４ｍｍ幅ドット溶接パターンを提供するように構成された放射状に配置された一連の菱形形状ピンを有するスチールシリンダであった。ピンは、高さが０．５ｍｍであり上部ランド面積が０．５ｍｍ2である円錐台のアレイから構成された。ピンの中心間間隔は１．５ｍｍであった。材料を、５０ｍ／分のライン速度および２．１ミルピーク間の振幅を使用して溶接した。ホーンとアンビルとの間で１４００Ｎの力を維持した。
【０１１２】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果を以下の表１に示す。実施例Ｃ１の場合の超音波接合部の強度は、実施例１のものと等価であったが、ライン速度がはるかに低かった。実施例Ｃ１の場合の超音波接合部の強度は実施例２よりはるかに低く、ライン速度は同様であった。
【０１１３】
実施例３
図１に示すものに類似する積層体を、以下の材料を使用して用意した。
【０１１４】
不織布ファスニングテープ１２
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＦＴ−２５２４として入手可能であり、２８ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマーによってポリコーティングされ、非ポリコーティング面が０．９ｇ／ｍ2エポキシシリコーンリリースコーティングによりリリースコーティングされ、ポリコーティング面が、４９％クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）１１０７（ＳＩＳブロックコポリマー、テキサス州ヒューストンのクラトン・ポリマー社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および４６％エスコレス（ＥＳＣＯＲＥＺ）１３１０（炭化水素固体粘着付与剤、テキサス州ヒューストンのエクソン・モービル・ケミカルズ（Ｅｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および４％シルバレス（Ｓｙｌｖａｒｅｚ）ＴＲＡ２５（液体粘着付与剤、フロリダ州ジャクソンビルのアリゾナ・ケミカル社（Ａｒｉｚｏｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ，ＦＬ）））および１．０％イルガノックス（ＩＲＧＡＮＯＸ）１０７６（酸化防止剤、スイス、バーゼルのチバ・スペシャルティ・ケミカルズ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）））からなる３３ｇ／ｍ2ホットメルト接着剤１４で接着剤コーティングされた、５０ｇ／ｍ2スパンボンドポリプロピレン不織布からなる。
【０１１５】
フィンガーリフト２０
ドイツ、ラウンハイムのトレオファン社（Ｔｒｅｏｆａｎ ＧｍｂＨ（Ｒａｕｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ））から入手可能であり、３５ミクロン白色二軸延伸ポリプロピレン（トレスパファン（Ｔｒｅｓｐａｐｈａｎ））。
【０１１６】
ファスナ１８
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＨＫ−０００２として入手可能であり、米国特許第５，８４５，３７５号明細書における実施例に類似する、微細複製フック材料、１．５％白色顔料を有する１０５ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマー、２５０フック／ｃｍ2。
【０１１７】
不織布／弾性積層体は使用しなかった。
【０１１８】
５０ｇ／ｍ2ポリプロピレンスパンボンド不織布１６（ペガテックス（Ｐｅｇａｔｅｘ）Ｓ１．５デニール、チェコ共和国のペガス・ノンウーブン（Ｐｅｇａｓ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ（Ｃｚｅｃｈ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ）））の第１層と、２２ｇ／ｍ2ポリプロピレン梳毛不織布２４（サワボンド（Ｓａｗａｂｏｎｄ）４１３２、ドイツ、サンドラーＡＧ（Ｓａｎｄｌｅｒ ＡＧ（Ｇｅｒｍａｎｙ）））の第２層と、から構成される２層の不織布材料。２つの不織布を互いに熱接合した。
【０１１９】
図５〜図１８に示すものに類似する装置を使用して、上記材料を合わせて積層し接合した。材料を、図４に示すものに類似する回転超音波ホーンおよび回転超音波アンビルを使用して３００メートル／分のライン速度で接合した。実施例１と同じアンビルを使用した。装置は、ホーンの振幅を１００％に設定し（５３ミクロン）２０ｋＨｚの周波数で１．５ミル（約３７マイクロメートル）の固定間隙で運転した。
【０１２０】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果を下記の表１に示す。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
好ましい実施形態の説明の目的で、本明細書において特定の実施形態を例示し説明したが、当業者には、同じ目的を達成するように計算された多種多様の代替および／または等価実施形態を、本発明の範囲から逸脱することなく、本書に示し説明した特定の実施形態の代りに用いてもよい、ということが理解されよう。当業者は、本発明を非常に多種多様の実施形態で実施してもよい、ということを容易に理解するであろう、本出願は、本明細書で論じた好ましい実施形態の任意の適合または変形を包含するように意図されている。本発明は、本明細書に示した例示的な実施形態に限定されない、ということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明による工程によって作製される製品の断面図である。
【図２】本発明の製品を形成するさまざまな材料を示す、本発明の工程の概略図である。
【図３】多層材料が間にあるホーンおよびアンビル構成の部分的に詳細な概略斜視図である。
【図４】本発明の製品の２つの部分を製作する、回転ホーンおよびアンビル構成の概略斜視図である。
【図４Ａ】アンビル面に対する第１のあり得る構成を示す模式図である。
【図４Ｂ】アンビル面に対する第２のあり得る構成を示す模式図である。
【図５】本発明による例示的な、複数のサブアセンブリを有する回転溶接装置の正面かつ右側斜視図である。
【図５Ａ】図５のものに類似する、本発明による代替的な例示的回転溶接装置の正面かつ右側斜視図である。
【図６】図５の装置のアンビルロールサブアセンブリの正面平面図である。
【図７】図６と同じ視点からのアンビルロールサブアセンブリの拡大正面平面図である。
【図８】図７の線分８−８に沿ったアンビルロールサブアセンブリの断面図である。
【図９】図５の装置のホーン取付サブアセンブリの斜視図である。
【図１０】図９のホーン取付サブアセンブリによって保持されるホーンアセンブリの正面平面図である。
【図１１】図１０の線分１１−１１に沿ったホーンアセンブリの断面図である。
【図１２】図５の装置のホーン・アンビル間隙調整アセンブリの斜視図である。
【図１３】図５の装置のホーン吊上げサブアセンブリの正面平面図である。
【図１４】図１３のホーン吊上げサブアセンブリの正面平面図である。
【図１５】図１４の線分１５−１５に沿ったホーン吊上げサブアセンブリの断面図である。
【図１５Ａ】図１５の図に類似するホーン吊上げサブアセンブリの代替実施形態を示す断面図である。
【図１５Ｂ】図１５の図に類似するホーン吊上げサブアセンブリの別の代替実施形態を示す断面図である。
【図１６】図５の装置のニップサブアセンブリの正面平面図である。
【図１７】固定間隙システムの、ホーンが第１の位置にある概略側面図である。
【図１８】図１７の固定ギャップシステムの、ホーンが第２の位置にある概略側面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性積層材料と、その材料を、超音波溶接システムを使用して作製する方法と、に関し、特に、回転超音波溶接システムを使用して弾性積層材料を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波溶接（「音響溶接」または「音波溶接」と呼ぶ場合もある）では、接合される２つの部品（通常、何らかの熱可塑性材料を含む部品）は、振動エネルギーを送り出す超音波「ホーン」と呼ばれる工具の近くに配置される。これら部品（または「材料」）は、ホーンとアンビルとの間に拘束される。多くの場合、ホーンは、材料およびアンビルの上方に垂直に配置される。ホーンは、通常２０，０００Ｈｚ〜４０，０００Ｈｚで振動して、圧力下、通常摩擦熱の形態でエネルギーを材料に伝達する。摩擦熱および圧力のために、材料のうちの少なくとも１つの一部が軟化するかまたは融解し、それにより材料が接合される。
【０００３】
超音波タイプの振動溶接システムは、その基本形態において、発電機構と、電気エネルギーを振動エネルギーに変換する電気超音波変換器と、を有する。また、振動エネルギーを溶接ゾーンに送り出すホーンと、材料を強制的にホーンに接触させたまま保持するように材料に静的力を加えるアセンブリと、もまた含まれる。エネルギーは、選択された波長、周波数および振幅で、工具から材料に伝えられる。超音波ホーンは、たとえば鋼、アルミニウムまたはチタンから作製される、機械的振動エネルギーを材料に移送する音響工具である。
【０００４】
一種の超音波溶接は、「連続超音波溶接」として知られている。この種の超音波溶接は、通常、略連続的に溶接装置内に供給することができる、織物およびフィルム、または他の「ウェブ」材料を封止するために使用される。連続溶接では、超音波ホーンは通常固定されており、溶接される材料がその真下を移動する。一種の連続超音波溶接は、回転固定されたバーホーンと回転アンビル面とを使用する。溶接中、材料は、バーホーンと回転アンビルとの間に引っ張られる。ホーンは、通常、材料に向かって長手方向に延在し、振動はホーンに沿って軸方向に材料まで移動する。
【０００５】
別の種類の連続超音波溶接では、ホーンは回転タイプであり、円柱状であって長手方向軸を中心に回転する。入力振動は、ホーンの軸方向にあり、出力振動はホーンの放射方向にある。ホーンはアンビルに近接して配置され、通常アンビルもまた、溶接される材料が円柱状面の間を、円柱状面の接線速度に実質的に等しい線速度で通過するように回転することができる。この種の超音波溶接システムは、米国特許第５，９７６，３１６号明細書に記載されており、その開示内容は参照により本明細書に援用される。
【０００６】
アンビルがホーンに対して並置されることにより、材料に対して静的力を提供することができ、それにより材料に超音波エネルギーを伝達することができる。この静的力は、通常、アンビルに向かってホーンを付勢する、加力システム（たとえば液圧システム）から材料に締め付け力を提供することによって維持される。材料を固定するこの方法の問題は、溶接されている材料が極度に薄いかまたは穴を含む場合、ホーンとアンビルとが互いに物理的に接触する可能性があるということである。ホーンがアンビルに接触すると、システムを通して、短絡に類似するエネルギー消費の大きいスパイクが発生する。材料のスループット速度が増大するに従い、ホーンを通して投入されるエネルギーのレベルもまた増大し、それにより、ホーンとアンビルとの接触中に発生するエネルギーのサージの周波数が指数関数的に増大する。これらエネルギーの高スパイクによって機械が過負荷状態になり、それにより機械が停止するとともに、製品に穴または脆化点が生成される可能性がある。要約すれば、ホーンとアンビルとが互いに接触する場合、工程は、非効率になり、製品破損および潜在的な機器破損をもたらす。力モードでは、一様の溶接を達成するために溶接領域が変化する際に溶接機が力を変更しなければならない。また、領域の変化によるこの力の変化は、高速でむしろ迅速に行われなければならず、それが、力の変化が修正される時に力のスパイクの原因となる可能性がある。かかるスパイクにより、部品の過剰溶接または溶接不足がもたらされる可能性がある。
【０００７】
この問題に対応する一方法では、アンビルとホーンとの間に所定間隙を維持する超音波溶接システムが開発された。この間隙は、通常、材料の厚さより狭い。ホーンとアンビルとの間の分離を維持しながら、製品に締付け（または保持）力を提供することが必要であることにより、ホーンとアンビルとの両方に対し大きくかつ堅固な支持構造が必要である。支持構造は、ホーンとアンビルとの両方の互いに対する角度位置を維持するために剛性である。ホーンおよびアンビルの表面の位置がずれることにより、溶接が不十分になり製品が損なわれる。同様に、この種のシステムにおいて間隙の距離を調整しようとすることにより、システムに許容できないレベルの移動がもたらされ、この場合もまたホーンおよびアンビルの表面の位置がずれる。
【０００８】
多数の用途に対して超音波溶接システムが使用されるが、超音波溶接システムにおいてかつそれらシステムによって作製される製品において常に改良の余地がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、超音波溶接装置を使用してさまざまな層を合わせて封止することによって製作される多層製品を提供する。本製品は、第２材料層に封止される第１材料を含み、封止は、超音波溶接によって形成されている。
【００１０】
特定の一態様では、本開示は、基層に不織布層を溶接する方法と、その方法によって作製される製品と、に関する。本方法は、不織布層を弾性基層に溶接する方法であって、アンビルとホーンを備えたホーンスタックとを備えた、回転超音波システム等の超音波システムを提供するステップであって、アンビルおよびホーンがそれらの間に間隙を有するステップと、アンビルとホーンとの間の間隙内に不織布層および弾性基層を合わせて配置するステップと、ホーンを超音波エネルギーで振動させる間にホーンおよびアンビルのうちの少なくとも一方を回転させることにより周波数を取得するステップと、不織布層および弾性基層をホーンおよびアンビルに接触させるステップと、ホーンまたはアンビルのうちの少なくとも一方の周波数および温度のうちの少なくとも一方を監視するステップと、温度または周波数の変化に基づいてアンビルとホーンとの間の間隙を維持しながら、不織布層を弾性基層に溶接するステップと、を含む。
【００１１】
ホーンまたはアンビルのいずれか一方が不織布層に接触してもよく、同様にホーンまたはアンビルの他方が基層に接触してもよい。一実施形態では、不織布層にはホーンが接触し、基層にはアンビルが接触する。
【００１２】
多層製品を形成するために適した超音波溶接システムは、アンビルとホーンとの間の間隙（すなわち距離）の制御を改善するさまざまな溶接装置構成を有することができる。改善された間隙制御を、連続超音波溶接とともに、またはアンビルおよびホーンの一方または両方を回転させる回転タイプ超音波溶接とともに使用することができる。改善された間隙制御は、少なくとも部分的に溶接システムの剛性による。本システムは、概して、溶接工程中にもたらされる可能性のある本質的にすべての力に対し、変形することなく間隙をロックしまたは他の方法で維持するために十分に剛性である。たとえば、本システムは、溶接されている材料のしわまたは他の厚さ変化が装置を撓ませて間隙に影響を与えることがないように十分剛性である。アンビルとホーンとの間の距離を制御し調整するさまざま異なる形態を開示する。
【００１３】
多層製品を形成するために、アンビルとホーンとの間の間隙をよりよく制御するために、利用可能な自由度が低減した装置が適している。本装置は、概して、アンビルまたはホーンが、軸を中心とした長手方向回転に加えて２つの追加の自由度しかなく、第１の追加の自由度が長手方向軸に対して垂直な方向における並進運動であり、第２の追加の自由度が、長手方向軸と第１の追加の自由度の方向との両方に対して垂直である第２軸を中心とする回転運動であるように構成された取付システムを有する。
【００１４】
多層製品を形成するために適している別の溶接装置は、アンビルとホーンとの間の間隙を調整するために周波数フィードバックまたは温度フィードバックを使用することに基づく。本装置は、概して、ホーンの周波数に基づいて信号を提供するように適合された周波数センサか、またはホーンおよび／またはアンビルの温度を測定するように適合された温度センサと、ホーンとアンビルとの間の間隙を信号に基づく所定方法で調整する位置決めシステムと、を有する。周波数センサを、たとえば超音波エネルギー源によって引き渡される電圧、超音波エネルギー源によって引き出される電流、ホーンの近くに配置される誘導センサにおいて誘導される電圧、ホーンの近くに配置される静電容量センサの静電容量の変化、ホーンを観測するために配置される光センサ、およびホーンと物理的に接触する接触センサによって周波数を確定するように選択することができる。温度センサを、たとえばホーンまたはアンビルの表面または内部位置における温度を確定するように選択することができ、または温度センサは光センサであっても他の非接触センサであってもよい。実施形態によっては、ホーン、アンビル、または両方の温度の制御を容易にするために冷却装置を追加してもよい。
【００１５】
多層製品を形成するために適している別の溶接装置は、概して、変形可能止め具アセンブリを利用することによってアンビルとホーンとの間の距離を制御するように構成され、それにより、固定止め具の弾性変形によってホーンとアンビルとの間の間隙に対し微調整が可能となるように、ホーンを固定止め具に対して押圧する力を加えることができる。
【００１６】
周波数フィードバック、温度フィードバックまたは変形可能止め具アセンブリの使用を、回転アンビル、固定アンビル、回転ホーン、固定ホーン、またはそれらの任意の組合せとともに使用することができ、それらはすべて多層製品を形成するために適している。本システムを、アンビルとホーンとの間の距離を調整するように、またはアンビルおよびホーンの一方（通常はホーン）に加えられる力を、それら２つがそれらの間の多層製品と所望の距離になるように調整するように、構成することができる。本システムはまた、間隙を制御するためにホーンおよび／またはアンビルの溶接振幅もしくは冷却または加熱速度を変更することも可能である。
【００１７】
本開示の製品およびそれら製品を作製する方法を特徴付けるこれらおよびさまざまな他の特徴は、添付の特許請求の範囲において特に指摘されている。製品を、従来の方法に比較して複雑化が低減しライン速度が大幅に上昇した方法によって作製することができる。本開示の多層製品、それらの利点、それらの使用およびそれらの使用によって得られる目的がより理解されるように、図面および添付の説明が参照されるべきであり、そこでは、本開示の発明の好ましい実施形態が例示され説明されている。
【００１８】
添付図面のいくつかの図では、同様の部品は同様の参照数字を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
上述したように、本発明は、改善された超音波溶接方法によって作製される多層積層製品に関する。本製品を、走査型連続超音波溶接により、またはアンビルおよびホーンの一方または両方を回転させる回転型連続超音波溶接によって作製することができる。これら溶接方法は、ホーンとアンビルとの間の間隙および移動をよりよく測定し、検知し、制御するさまざまな構成を組み込むことができる。
【００２０】
本発明による製品の一例を図１に示す。この製品１０は、本発明により、超音波溶接によって作製される薄い多層複合材料である。概して、超音波溶接によって形成され接着剤によって容易にされる溶接部により、第１材料が第２材料に接着される。特に、複合材料１０は、基層１６に溶接される不織布テープ１２を含む。図示する実施形態では、複合材料１０は、２つの不織布テープ１２片を含み、それらはともに基層１６に溶接される。複合材料１０はまた、機械的取付部１８と、「フィンガーリフトタブ」と呼んでもよいタブ２０と、を含む。タブ２０は、複合材料１０の端部を把持するのを容易にする。
【００２１】
本実施形態では、不織布テープ１２は、一方の側に接着層１４を有する。接着層１４は、基層１６に溶接される前の不織布テープ１２の取扱いを容易にし、すなわち、接着層１４は、不織布テープ１２を基層１６に仮留めする。溶接の後、接着層１４は、もはや不織布テープ１２と基層１６との間の溶接部がある領域に存在しなくてもよい。
【００２２】
図１において「Ｗ」として示す領域は、超音波溶接部の位置に近い。この例では、接着層１４を有する不織布テープ１２が基層１６に溶接される。機械的取付部１８およびタブ２０が、接着層１４によって不織布テープ１２に取り付けられる。
【００２３】
１つの特定の実施形態では、基層１６は多層弾性材料を備え、それは、両側に不織布面層２４がある弾性フィルム２２から構成される。弾性基層１６を有する複合材料１０は、たとえばおむつテープとも呼ぶ使い捨ておむつ取付機構として使用するために適している。別の特定の実施形態では、基層１６は不織布材料を含む。
【００２４】
複合材料１０の特定の例では、適当な弾性基層１６は、ポリプロピレンスパンボンドの層（３４ｇ／ｍ2）、ブロックコポリマーエラスティック／ポリプロピレン混合物の層（７０ｇ／ｍ2）および高伸び率梳毛（ｃａｒｄｅｄ）ポリプロピレンの層（２７ｇ／ｍ2）を有する３層積層体である。適当な不織布テープ１２の一例は、ポリプロピレン（２０ｇ／ｍ2）でコーティングされた不織布スパンボンドポリプロピレン（４２ｇ／ｍ2）である。不織布テープ１２の一方の側には、感圧接着剤の３３ｇ／ｍ2の層がある。
【００２５】
別の特定の例では、基層１６は、不織布層２４の間にフィルム２２が挟まれた３層積層体である。フィルム２２は、ブロックコポリマーエラスティック／ポリプロピレン混合物コアを有する３層積層フィルム（４．５ミル厚さ）である。不織布層２４は、ポリプロピレンスパンボンド（およそ８０ｇ／ｍ2）である。
【００２６】
本明細書で説明する超音波溶接方法によって作製される複合材料１０の別の適当な実施形態は、不織布材料である基層１６を有する。
【００２７】
不織布テープ１２、不織布面層２４および基層１６のうちのいずれかまたはすべてに対する適当な不織布材料の例には、スパンボンデッド、メルトブローン、スパンレースまたは梳毛材料を含む、布帛織り工程または編み工程の支援なしに繊維から形成される繊維材料を含む。それら材料は、ポリオレフィン、たとえばポリエチレンおよび／またはポリプロピレン等の高分子材料、またはポリウレタン、または綿またはウール等の天然材料、またはそれらの任意の組合せであってもよい。多くの構造では、不織布材料の少なくとも１つは熱可塑性高分子材料を含むことが好ましい。
【００２８】
本明細書で使用する用語「弾性の」、「エラストマーの」およびそれらの変形は、付勢力が加わることにより約２０％から少なくとも約４００％まで指定された方向に伸長するかまたは伸張することができ、後に、短時間の伸張状態の後に付勢力から解放された後に、その元の長さの約３５％内まで回復する、任意の材料を言う。基層１６のため等、適当な弾性材料の例には、フィルム、フォーム、もしくは天然ゴム、合成ゴムまたは熱可塑性エラストマーポリマーの層がある。
【００２９】
弾性フィルム２２を有しフィルム２２の両側に不織布面層２４を含む基層１６の場合等、実施形態によっては、層は、複数の材料から構成されてもよく、ストレッチ・ボンデッド・ラミネート（ＳＢＬ）材料またはネック・ボンデッド・ラミネート（ＮＢＬ）材料、もしくは当業者に既知であるような弾性的に伸縮可能な材料であってもよい。
【００３０】
複合材料１０の構成層のうちの任意のものまたはすべては、通常、接合領域「Ｗ」において厚さが約０．０１ｍｍ〜約０．５ｃｍであるが、それより厚い層および薄い層もまた実現可能である。
【００３１】
図２を参照すると、超音波溶接工程ならびに図１の多層複合材料１０を作製するために使用されるさまざまな層および材料の概略図が示されている。スプールまたはコアに保持される伸長された材料が提供される。上述したような複合材料１０の場合、スプール３２から或る長さの不織布１２（上に接着層１４を有する）が提供され、スプール３６から或る長さの基層１６が提供され、スプール３８から或る長さの機械的取付部１８が提供され、スプール３０からある長さのタブ２０用材料が提供される。
【００３２】
再び図１を参照すると、多層複合材料１０が接着層１４を有する不織布テープ１２の２つの層を含むことが示されている。不織布テープ１２を、スプール３２を離れた後に２つの別個の材料片を提供するようにスリットを入れるかまたは他の方法で切断してもよく、あるいは２つのスプール３２を設けてもよい、ということが理解される。不織布テープ１２は、１つのスプール３２から提供される場合、他の層と結合される前に分割される。
【００３３】
図２に戻ると、スプール３２、３６、３８、３０からの材料はテンダーおよび積層ステーション５０まで進み、そこで接着層１４を含む不織布テープ１２、基層１６、機械的取付部１８およびタブ材料２０が所望の構成で配置される。通常、不織布１２上の接着層１４は、超音波溶接工程までその構成を合わせて保持するために十分であるため、不織布１２を基層１６に積層するために追加の接着剤または他の機構（たとえば熱）は使用されない。図１の実施形態では、接着層１４はまた、機械的取付部１８およびタブ材料２０も保持する。複数の層を合わせて積層する方法は周知である。積層の分野における当業者には、張力、速度、圧力等の工程条件が積層工程に影響を与えることが理解される。
【００３４】
さまざまな材料を積層して所望の構成を形成した後、多層積層体は、アンビル４１およびホーン４２を含む超音波溶接ステーション４０まで進む。多層積層体はアンビル４１とホーン４２との間に配置され、溶接封止がなされる。
【００３５】
図３は、アンビル４１とホーン４２との間で所望の構成に配置された不織布１２、基層１６、機械的取付部１８およびタブ材料２０を示す。以下、超音波溶接の詳細な手段を提供するが、アンビル４１とホーン４２との間の指定された領域に存在する材料が合わせて溶接されるために十分な熱を得るために、アンビル４１およびホーン４２の少なくとも一方が超音波周波数で振動する。溶接を、回転ホーンまたは走査（バー）ホーンのいずれかを使用して行うことができる。さらに、パターン化アンビルおよび／またはパターン化ホーンを使用することができる。超音波溶接のこれらさまざまな工程のすべてを以下に説明する。少なくとも、回転溶接を、溶接されている材料を引き裂く可能性がより低くより高速で行うことができるため、回転超音波溶接は、固定またはバー超音波溶接より好ましい。
【００３６】
超音波溶接からもたらされる接合を、溶接されている材料のうちの一方または両方において、熱可塑性材料等、１つまたは複数の材料の部分的または完全な融解からもたらすことができる。接合を、作用されている層のうちの１つだけの材料の部分的または完全な融解からもたらすことができ、融解材料は対応する隣接層と相互作用し、それにより、それら層の互いに対する機械的連結がもたらされる。溶接接合は、さまざまな材料間の接着取付に比較して強固であり、クリープが少なく、それに関連するせん断歪みが高い。
【００３７】
図４に示す特定の一般的な実施形態では、アンビル４１はパターン化回転アンビル４３であり、ホーン４２は、溶接が発生する領域に平滑面４６を有する回転ホーン４４である。図示する実施形態では、アンビル４３およびホーン４４は、同時に４つの溶接部を生成するように構成される。このため、図１の多層複合製品１０を２つ同時に作製することができる。
【００３８】
アンビル４３は、溶接が望まれる領域に隆起したパターン化面４５を有してもよく、別法として、アンビル表面全体に隆起したパターン化面４５があってもよい。一般に、パターン化面は溶接に対し５〜３０％の面積を提供する。パターン化面の一例は、図４Ａに示すような菱形パターンであり、菱形はおよそ５〜３０ミル（１３０〜７６０マイクロメートル、０．１３〜０．７６ｍｍ）の辺を有し、領域のおよそ１０〜３０％が菱形で覆われる。パターン化面の別の例は、図４Ｂに示すような円形ドットパターンであり、ドットは径がおよそ２〜２０ミル（５０〜５００マイクロメートル、０．０５〜０．５ｍｍ）であり、領域のおよそ５〜２０％がドットで覆われる。他のパターンおよび認識できるパターンのない表面も使用することができる、ということが理解される。
【００３９】
溶接工程中、概してホーン４２は或る周波数および振幅で、概して矢印８５によって示す方向に振動する。約１５〜７０ＫＨｚの周波数が適当であるが、別法としてより高い周波数および低い周波数を使用してもよい。振幅は、振動片に印加される電圧の関数である。たとえば１５〜７０ＫＨｚの周波数で製品１０を作製する大部分の工程に対し、約１．５ミル（約３７マイクロメートル）から約３．５ミル（約８７マイクロメートル）までのアンビル４１とホーン４２との間の固定間隙が適当である。２０ＫＨｚの場合、例として、約１ミル（約２５マイクロメートル）から約２．５ミル（約６２マイクロメートル）までのピーク間振幅が適当である。溶接されている材料に応じて、より大きい間隙およびより小さい間隙を使用することができ、異なる周波数および振幅を使用することも可能である、ということが理解される。たとえば、厚い材料ほど大きい間隙および大きい振幅を使用することができる。
【００４０】
超音波溶接
上述したように、少なくとも２つの材料を一緒に超音波溶接することにより、多層積層複合製品が生成される。図１の多層積層複合製品１０の場合、接着層１４を有する不織布１２が基層１６に溶接される。複合製品１０を溶接するために使用することができる超音波溶接に対するさまざまな工程について、他の実施形態と組み合わせることができるかまたは単独で使用することができる工程特徴とともに後に説明する。たとえば、アンビルおよびホーンの両方が回転する回転超音波装置を使用して、自由度が低減した装置について説明する。制限した自由度を提供する特徴を、たとえばホーンが回転しアンビルが固定されている装置に同様に組み込むことができる。別の例として、ホーンおよびアンビルの両方を固定にする固定装置を使用して、共振周波数フィードバックを使用するアンビルとホーンとの間の間隙を監視し調整する方法について説明する。間隙を監視し調整する特徴を、回転装置に同様に組み込むことができる。さらに別の例として、アンビルとホーンとの間の間隙を固定する方法について、ホーンおよびアンビルをともに固定にする固定装置を使用して説明する。間隙を設定する特徴を、回転装置に同様に組み込むことができる。
【００４１】
低減した自由度による間隙の制御
図５を参照すると、回転溶接システム１００が示されている。回転溶接システム１００は、アンビルに対するホーンの自由度を制限する特徴を有し、それにより、溶接工程中のホーンとアンビルとの間の間隙および移動がよりよく制御される。
【００４２】
システム１００は、アンビルアセンブリ２００と、ホーン取付アセンブリ３００と、ホーンアセンブリ４００と、ホーン・アンビル間隙調整アセンブリ５００と、ホーン吊上げアセンブリ６００と、ニップアセンブリ７００と、を含む。これらアセンブリの各々に関するさらなる詳細については後述する。図５にはまた、回転溶接システム１００の一部として、側板２１７と、タイロッド２１８と、ホーンサーボモータ２１９と、アンビルサーボモータおよびギアボックス２１１と、が示されている。
【００４３】
図６は、アンビルアセンブリ２００の詳細な図を提供する。アンビルアセンブリ２００は、ロール面２２２およびジャーナル２２３を有するアンビルロール２２１を含む。アンビルロール２２１は、ダイロール、エンボシングロール、プリンティングロールまたは溶接ロール等、任意の適当なロールであってもよい。アンビル支持ブロック２２４がアンビル枠２２５に取り付けられる。アンビルロール２２１は、軸、好ましくはロール２２１の中心を通って長手方向に延在する軸を中心に回転するように構成される。
【００４４】
図７および図８を参照すると、内側または支持面２１７ｂを有する側板２１７によって支持されるアンビルロールアセンブリ２００のさらなる図が示されている。アンビルロール２２１は、タイロッド２１８および側板２１７に、ロール２２１がその長手方向軸を中心に回転することができるように取り付けられる。
【００４５】
図９は、取付枠３３１と、ホーン支持ブロック３３２と、ホーン駆動モータ３３３と、ベルト３３４等のホーン駆動機構と、を含む、ホーン取付アセンブリ３００を示す。
【００４６】
溶接システム１００にホーン取付アセンブリ３００が取り付けられると、側板２１７のスロットＭ２（図１４に示すような）が、ホーン取付アセンブリ３００を案内し、移動することができるようにする。特に、支持ブロック３３２の面３３６は、側板２１７の面Ｍ３に接触し、支持ブロック３３２の少なくとも一部がスロットＭ２内に適合することが好ましい。実施形態によっては、面３３６は円柱状面であるが、これは必須ではない。面３３６は、アセンブリ３００の２つの方向における移動を抑制し、そのため、２つの自由度、すなわち１つはＸ軸に沿った直線状自由度、１つはＹ軸を中心とする回転自由度（図９を参照）を取り除く。Ｚ軸を中心とする別の回転自由度は、取付枠３３７の停止ボタンＭ４によって取り除かれる。２つの追加の自由度のみが残る。
【００４７】
図４は、アンビル４１およびホーン４２を含むより簡略化した形態で、軸と利用可能な自由度とを示す。ホーン４２は、その内部を通して長手方向に延在する第１軸６０を有する。第１軸６０に対して第２軸７０が直交し、それはアンビル４１が配置される方向である。第１軸６０および第２軸７０の各々に対して第３軸８０が直交する。
【００４８】
一形態では、ホーン４２は、矢印６５によって示す方向に第１軸６０を中心に回転する。第１の追加の自由度は、第１軸６０に垂直な方向における並進運動であり、それは、第３軸８０によって示す方向である。第１の追加の自由度を矢印８５によって示す。第２の追加の自由度は、矢印７５によって示す、第２軸７０を中心とする回転運動であり、第２軸は、第１軸６０と第１の追加の自由度の方向８５との両方に対して垂直である。
【００４９】
支持ブロック３３２はまた面３３８の第２セットを有し、それもまた例示的な実施形態では円柱状面である。これら面３３８の半径は、側板２１７の内側または支持面２１７ｂ（図８）間の距離の半分である。面３３８は、Ｚ軸に沿った並進自由度を取り除く。
【００５０】
すべての剛体が６つの自由度を有することはよく理解されている。上述した特徴は４つの自由度を取り除く。２つの残っている利用可能な自由度は、Ｙ軸に沿った（アンビルに向かいかつアンビルから離れる）並進移動と、Ｘ軸に沿った回転移動と、である。これら自由度の組合せにより、ホーン３０とアンビルとの間の間隙を、ホーン３０の両側に対して独立して調整することができる。
【００５１】
図１０および図１１は、ホーン４４２と、節取付具４４３と、ホーン支持リング４４４と、ホーン軸受４４５と、ホーン駆動スプロケット４４６と、を含むホーンアセンブリ４００を示す。
【００５２】
図１２は、ホーン間隙またはホーン・アンビル間隙調整アセンブリ５００を示す。アセンブリ５００は、第１カムおよび第２カム５５０と、カムに取り付けられる駆動ギア５５１と、を含む。カムの内側円柱状面Ｍ６は、アセンブリ３００の円柱状面Ｍ５（図９）上に載る。面Ｍ５と面Ｍ６との間の隙間により、カム５５０はｚ軸を中心に回転することができる。
【００５３】
ギアシャフト５５３は、穴Ｍ７（図９）を使用して支持ブロック３３２間に取り付けられる非回転シャフトである。駆動ギア５５２は、ギアシャフト５５３に回転可能に取り付けられる。駆動ギア５５２は、六角形体Ｍ８上のレンチを使用して独立して回転する。駆動ギア５５２の回転によりカム５５０が回転する。
【００５４】
使用時、外側カム面５５０ａは、ｈがカムの総高さであり、θがカムの回転の角度であり、Ａが定数である場合、一次関数ｈ＝Ａθを生成するように、加工される。好ましい実施形態では、カム５５０は、３００度のカム回転にわたり０．１００インチ（約２．５ｍｍ）の高さを生成する。これにより、３／１００００インチ／度（約０．００７６ｍｍ／度）の調整分解能が提供される。
【００５５】
図１３は、ホーン取付アセンブリ３００を側板２１７に関して移動させ、概して上昇させ下降させるために使用される、ホーン吊上げアセンブリ６００を示す。ホーン取付アセンブリ３００の動きは、カム面５５０ａがアンビルアセンブリ２００のカム従動子２２７と接触すると停止する。
【００５６】
ホーン吊上げアセンブリ６００は、側板２１７に固定取付けされる吊上げ枠６６０を含む。吊上げ枠６６０には、必要に応じて膨張し縮小するように構成される空気圧ベローズ６６１が取り付けられる。使用時、加圧ベローズ６６１は、ホーン取付アセンブリ３００に力を加えることにより、アセンブリ３００をアンビルロール２２１（図１３には示さない、図８を参照）に向かって押し、別法として、リニアアクチュエータ、空気圧シリンダおよび液圧シリンダ等の他の力発生器を使用してもよい。上述したように、ホーン取付アセンブリ３００は２つの残りの自由度を有する。１つはＹ軸に沿った並進自由度であり、１つはＸ（θX）軸に沿った回転自由度である（図１３）。
【００５７】
方法によっては、「力モード」を使用してもよいが、概して好ましくない。「力モード」は、目標（たとえば平均）材料特性（たとえば厚さ）を有する材料を溶接するために選択される一定のまたは固定溶接力を使用する。力モードは、超音波ホーンがアンビルまたは回転ホーンのいかなる振れにも従うことができるようにするために有用である。しかしながら、溶接材料の特性が目標値（たとえば厚さ）と異なる場合、一定力システムは、許容できない溶接品質をもたらす可能性がある。結果としての製品は、平均より厚いかまたはしわのある製品がアンビルとホーンとの間を通過する場合、過剰溶接される可能性があり、平均より薄い材料が使用される場合、溶接不足となる可能性がある。力モードシステムの場合、ウェブが厚いほどその領域に対し、溶接を提供するためにより多くの溶接エネルギーが必要となる。厚いウェブほど、溶接システムを撓ませる可能性があり、加えられる力を変化させ、そのため溶接がより弱くなる結果となる。さらに、ウェブ速度が変化する場合、システムの力および／または振幅を、一定の溶接品質を保持するために変更する必要のある場合がある。たとえば、溶接振幅または力対線速度アルゴリズムを開発し採用する必要のある場合がある。力モードシステムは、ウェブ速度が非常に高い場合、システムの慣性によりホーンがアンビルの振れに従うことができなくなる可能性があるという点で、速度の影響を受け易い可能性がある。かかる場合、溶接のばらつきが増大する。さらに、溶接されている材料の破損が発生した場合、ホーン対アンビルの金属対金属の接触が発生し、それはシステムに対し損傷を与える可能性がある。
【００５８】
図１４および図１５は、ホーン吊上げアセンブリ６００のさらなる図を示す。本実施形態では、ホーン取付アセンブリ３００の側板２１７および取付枠３３１に対する回転を制御するために、ピボットスロップ（ｓｌｏｐ）を備えたギア式７節リンク機構が使用される。このリンク機構は、接続リンクアーム６６２と、ピボットアーム６６３と、ピボットシャフト６６４と、ギア６６５と、ピボット接続部６６６、６６７と、を含む。ベローズ６６１がホーン取付アセンブリ３００を吊り上げると、接続リンクアーム６６２がピボットアーム６６３の端部を上昇させ、それにより、ピボットアーム６６３は、ともに噛み合っているため、等しい量だけ回転する。ピボット継手６６６、６６７に隙間またはスロップがないため、ホーン取付アセンブリ３００は垂直にのみ移動し、回転自由度（θｘ）は取り除かれる。しかしながら、継手６６６、６６７に隙間を含めることにより、或る量の回転が可能となる。
【００５９】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、より基本的な運動学的形態でのホーン取付アセンブリ３００とともに、ギア式７節リンク機構６００Ａを示す。図１５Ａを参照すると、本実施形態では、リンクＭ１０は地面である。リンク機構６００Ａは、接続リンクアーム６６２Ａと、ピボットアーム６６３Ａと、ピボットシャフト６６４Ａと、ピボット接続部６６６Ａ、６６７Ａと、を含む。接続リンクアーム６６２Ａは、継手６６７Ａにおいてピボットアーム６６３Ａの端部を上昇させ、それにより、アーム６６３Ａは、合わせて噛みあっているため等しい量だけ回転する。
【００６０】
ピボットアーム６６３Ａは、それぞれ継手６６６Ａおよび６６７Ａを介して地面とリンクアーム６６２Ａとに接続される２つの二節リンクである。ピボットアーム６６３Ａはまた、ギア継手を使用して互いに接続される。ギア継手の比は１：１である。リンクアーム６６２Ａもまた、それぞれ関節６６７Ａ、６６６Ａを介してピボットアーム６６３Ａと取付枠３３１Ａとに接続される二節リンクである。取付枠３３１Ａは、ピボット継手６６７ＡおよびＭ１２によりアーム６６２ＡおよびスライダブロックＭ１１に接続される三節リンクである。スライダブロックＭ１１は、継手Ｍ１０およびＭ１２を使用して地面と取付枠３３１Ａとに接続される。スライダブロックＭ１１は、取付枠３３１Ａが並進自由度および回転自由度のみを有するように、取付枠３３１Ａの動きを制御する。
【００６１】
リンク機構６００Ａは、特大穴を含むことにより継手６６６Ａに継手隙間を含む。さらにまたは別法として、継手隙間は、ピボット継手６６７Ａに存在してもよい。従来の継手隙間のないギア式７節リンク機構では、取付枠３３１Ａの動きは、ピボットアーム６６３Ａが回転する際の並進のみである。継手隙間を有することにより、取付枠３３１Ａに接続されるホーン取付アセンブリ３００のホーン４４２を、角運動を制限して調整することができる。
【００６２】
継手における隙間を、図１５Ｂに示すように、スロットを使用することにより、隙間制御／制限角運動θｘを使用して達成してもよい。図１５Ｂにおいて、リンク機構６００Ｂは、接続リンクアーム６６２Ｂと、ピボットアーム６６３Ｂと、ピボットシャフト６６４Ｂと、ピボット接続部６６６Ｂ、６６７Ｂと、を含む。ピボット接続部６６６Ｂは、継手隙間を提供するスロットを含む。Ｌが継手６６６Ｂ間の距離であり、Ｃが継手隙間である場合、可能な回転の角度αは、次式によって与えられる。
【００６３】
【数１】
【００６４】
特大穴、スロット等の隙間は、回転により製造公差および工程変動を調整するようにホーン４４２とアンビルとの間の間隙の変動が可能であるように選択される。しかしながら、隙間は、カム５５０における正しいホーン４４２の取付けおよび停止を妨げるかまたは阻止するほど大きくはない。
【００６５】
図１６は、ニップアセンブリ７００を示す。ニップアセンブリは、ニップローラ７７１と、ニップアーム７７２と、ピボットシャフト７７３と、ニップシリンダ７７４と、シリンダ支持シャフト７７５と、を含む。
【００６６】
図５Ａにおいて装置１００Ａとして代替的な例示的回転溶接モジュールを示す。図５の装置１００と同様に、装置１００Ａは複数のサブアセンブリを有する。図５Ａに、アンビルロール２２１Ａと、ホーンアセンブリ４００Ａと、ホーン吊上げアセンブリ６００Ａと、を含むアンビルアセンブリ２００Ａを示す。図５Ａにはまた、側板２１７Ａも示す。装置１００Ａは、板ばねＭ１３、通常は少なくとも２対の板ばねＭ１４を含む。板ばねＭ１４の各対は、異なる支持ブロック３３２および異なる側板２１７Ａに取り付けられる。
【００６７】
アンビルとホーンとの間の間隙をよりよく制御するために利用可能な自由度を低減することに基づく溶接装置は、概して、第１軸を有するアンビルロール２２１または他の回転可能工具と、アンビルロール２２１を、それがその第１軸を中心に回転することができるように支持する取付システムと、を含む。取付システムは、アンビルロール２２１が２つの追加の自由度のみを有し、第１の追加の自由度は第１軸に垂直な方向の並進運動であり、第２の追加の自由度が、第１軸と第１の追加の自由度の方向との両方に対して垂直である第２軸を中心とする回転運動であるように構成される。このように移動の範囲が限られることにより、アンビルとホーンとの間の距離が安定する。アンビルとホーンとの間の間隙を低減された自由度によって制御することに関する詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第５９６４３ＵＳ００２を有する「超音波溶接ホーンの位置を調整する方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｈｏｒｎ）」と題する本出願の譲受人の同時係属中の仮出願第６０／６４０９７９号明細書に記載されている。
【００６８】
要約すると、低減した自由度によって間隙を制御する装置は、第１軸を有するアンビルまたはホーン等の回転可能工具と、回転可能工具を、それがその第１軸を中心に回転することができるように支持する取付システムと、を有する。このように、回転可能工具は、２つの追加の自由度、すなわち第１軸に対して垂直な方向の並進運動と、第１軸と第１の追加の自由度の方向との両方に垂直な第２軸を中心とする回転運動と、のみを有する。複合材料１０を作製する方法は、回転可能工具を、それがその第１軸を中心に回転することができるように、かつ回転可能工具が２つの追加の自由度のみを有するように支持する取付システムを提供することと、第１軸を有する回転可能工具を取付システム内に取り付けることと、ウェブを処理するために工具ロールに接触させることと、を含む。
【００６９】
周波数または温度フィードバックによる間隙の制御
溶接工程中にホーンとアンビルとの間の間隙および移動をよりよく制御する第２の概略的な方法を以下に示す。「固定間隙」適用では、ホーンとアンビルとの間の距離を非常に厳密に維持することが望まれる。しかしながら、超音波ホーンが動作する際に、ホーンの温度は概して上昇し、その結果、ホーンの材料が膨張し、そのためホーンの寸法が増大する。多くの適用では、ホーンの膨張は、間隙を許容可能な値を下回る値まで低減するほど、またはさらにはホーンがアンビルに直接接触することになるほど大きい。これは望ましくない。未知のまたは制御されないホーンの寸法の変化（たとえばホーン径または長さの変化）は難題をもたらす可能性がある。
【００７０】
ホーンの共振周波数は、ホーンの形状および材料特性の関数であるということが確認された。特に、共振周波数は、ホーンの寸法に反比例する。すなわち、ホーンの共振周波数は、ホーンの寸法が増大するに従い低減する。ホーン寸法の変化を、電子的に測定することができる瞬間共振周波数と初期共振周波数とを知ることに基づいて、正確にかつすぐれた分解能で計算することができる。
【００７１】
ホーンの寸法（たとえば長さ）はまた、温度に対して正比例する。ホーンの温度を測定することにより寸法を確定し、したがって共振周波数を知ることが可能である。
【００７２】
アンビルとホーンとの間の間隙を調整するために周波数フィードバックまたは温度を使用することに基づく溶接装置は、概して、ホーンの周波数に基づいて信号を提供するように適合される周波数センサと、ホーンとアンビルとの間の間隙を信号に基づく所定方法で調整する位置決めシステムと、を有する。周波数センサを、たとえば、超音波エネルギー源によって引き渡される電圧、超音波エネルギー源によって引き出される電流、ホーンの近くに配置される誘導センサにおいて誘導される電圧、ホーンの近くに配置される静電容量センサの静電容量の変化、ホーンを観測するために配置される光センサ、およびホーンに物理的に接触する接触センサによって、周波数を確定するように選択することができる。センサ、位置決めシステム、ホーン、アンビルおよび超音波エネルギー源のうちのいずれかまたはすべてを、支持ブラケットもしくは他の１つまたは複数の取付システムで支持することができる。
【００７３】
ホーン寸法の増大を補償するための周波数フィードバックまたは温度フィードバックの使用を、回転アンビル、固定アンビル、回転ホーン、固定ホーンまたはそれらの任意の組合せとともに使用することができる。システムを、アンビルとホーンとの間の距離を調整するように、またはアンビルおよびホーンのうちの一方（通常はホーン）に加えられる力を、それら２つがそれらの間の材料と所望の距離になるように調整するように、構成することができる。
【００７４】
使用時、接合される材料は、ホーンとアンビルとの間に配置され、ホーンに対してエネルギーが印加されかつホーンが励起され、ホーンの動作周波数が測定され、その測定値に基づいてホーンとアンビルとの間の距離が調整される。ホーンとアンビルとの間の間隙は、ホーンサイズの変化にも関わらず所定間隙を維持するように調整されることが好ましい。別法としてまたはさらに、ホーンとアンビルとの間の間隙は、ホーンサイズの変化にも関わらずホーンとアンビルとの間の所定力を維持するように調整されることが好ましい。
【００７５】
ホーンとアンビルとの間の間隙を測定する１つの有用な方法は、アンビルまたはホーンに近接センサを取り付け、所定機械面からの間隙の変化を測定することによる。そして、その間隙は、固定間隙を維持するようにホーンまたはアンビルを移動させる、アクティブリニア（サーボ）モータを使用することによって調整される。
【００７６】
設計によっては、ホーンまたはアンビルまたは両方の温度の制御を容易にするために冷却装置を使用することが望ましい場合もある。温度を制御することはまた周波数に対して影響を与える。
【００７７】
周波数フィードバックによってアンビルとホーンとの間の間隙を制御することに関するさらなる詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第６０２７２ＵＳ００２号を有する、「超音波溶接システムの周波数に基づく制御（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する本出願の譲受人による同時係属中の仮出願第６０／６４０９７８号明細書に記載されている。
【００７８】
要約すると、周波数フィードバックを使用して間隙を監視する方法は、振動工具（たとえばホーン）の共振周波数を受け取ることと、共振周波数に基づいて、振動工具と固定基準点との間の間隙の距離のおよその変化に対し既知の関係にある量を確定することと、を含む。これは、振動工具の共振周波数と材料特性との関数として、振動工具の長さを計算することを含むことができる。そして、本方法は、一定の間隙を実質的に維持するように、振動工具と基準点との間の距離を調整することを含むことができ、これを、振動工具の共振周波数に基づいて行うことができる。温度フィードバックを使用して間隙を監視することは、適宜同様である。
【００７９】
かかる方法により被加工物に超音波エネルギーを印加するシステムは、ホーンスタック（ホーンを含む）と、ホーンスタックが取り付けられる取付システムと、ホーンスタックに結合されるエネルギー源と、被加工物を支持する面を有するアンビルと、ホーンスタックの共振周波数を受け取り、ホーンスタックとアンビルとの間の間隙の変化に対し既知の関係にある量を確定するように構成されたコントローラと、を有する。この間隙の変化を、事前に取得されたデータの表から確定することができ、その表に見つからない値を、既知のデータから内挿または外挿することができる。システムは、コントローラの代りに、ホーンスタックとアンビルとの間の間隙の変化に対し既知の関係にある量を確定する任意の機構を有することができる。温度フィードバックを使用して間隙を監視するシステムは、適宜同様である。
【００８０】
撓み可能なホーン止め具による間隙の制御
溶接工程中にホーンとアンビルとの間の間隙および移動をよりよく制御する第３の概略的な方法を以下に示す。「固定間隙」適用では、ホーンとアンビルとの間の距離は、概して、ホーンのアンビルに近づく移動を抑制する固定止め具によって制御される。上述したように、使用中、ホーンは膨張し、ホーンとアンビルとの間の間隙は許容可能な値を下回る値まで低減する。ホーン膨張を監視することによって間隙を測定する方法を上述したが、ホーンを監視することなく間隙を制御する方法について以下に述べる。
【００８１】
ホーンは、直線状スライドアセンブリに取り付けられ、直線状スライドアセンブリには、ホーンをアンビルに向かって付勢する力が加えられる。固定止め具を使用して、ホーンとアンビルとの間の所望の間隙が設定される。スライドに加えられる力は、製品を溶接するために必要な力より概して大きい。さらに、力は、ホーンの予測される膨張に等しいかまたはそれより大きい止め具アセンブリの弾性変形をもたらすために十分である。この止め具アセンブリの撓みが発生すると、ホーンはアンビルに近づくように移動する。
【００８２】
止め具アセンブリ位置は、ホーンが冷たい時に所望の間隙が得られるように設定され、最大力は、最大止め具撓みが発生するように加えられる。動作中ホーンが膨張すると、たとえば、周波数低減を使用して上述したように、ホーンの増大した長さが確定される。ホーンが膨張すると、加えられる力が低減し、それにより、ホーンの熱膨張に等しい量だけ固定止め具の撓みが低減する。撓み距離と力との関係は、動作の前に確定されることが好ましく、すなわち、止め具位置を設定するために試運転が行われる。試運転の結果を、たとえば、後に参照することができる表に記録することができる。この表に見つからない値を、既知のデータから内挿または外挿することができる。このように、ホーンとアンビルとの間の間隙は制御され、溶接工程を通して一定に保持されることが好ましい。
【００８３】
図１７および図１８は、可撓性固定止め具を使用する一例としてのシステムを示す。図１７は、ホーンが後退位置にある、またはアンビルから離れる方向に移動しているユニットを示す。図１８は、ホーンとアンビルとの間に間隙が設定されてホーンが溶接位置まで移動しているユニットを示す。溶接システム１１０は、支持面１１７に固定される溶接システム１３０と、支持面１１８に固定されるアンビル１２１と、を有する。溶接システム１３０は、ホーン支持具１２０によって支持され面１１７に対して移動可能であるホーン１３２と、支持板１５６を有する固定止め具１５５（それらは面１１７に対して固定されている）と、膨張可能空気ブラダ１６１と、を有する。
【００８４】
ブラダ１６１を使用して、ホーン支持具１２０とホーン１３２とをアンビル１２１に向かって移動させる力を加える。面１２５が固定止め具１５５に接すると、支持板１５６は加えられる力の下でわずかに撓む。
【００８５】
チタンホーンで動作する際、温度は室温から最大５０°Ｆ（約１０℃）だけ上昇することが確認されており、それにより、ホーン寸法が０．００１０インチ（約０．０２５ｍｍ）増大する。その結果、ホーン１３２とアンビル１２１との間の間隙は、何の補償も行わない場合、０．００１０インチ（約０．０２５ｍｍ）だけ低減する。支持板１５６の撓みは、０．００１０インチ（約０．０２５ｍｍ）／６７５ポンド力（約３０６ｋｇ力）であることが知られている。したがって、室温のホーンで加えられる力は少なくとも１１２５ポンド（約５１０ｋｇ）または６０ｐｓｉｇ（約４１４ｋＰａ）でなければならない。ホーンが動作して長さが増大すると、ホーンとアンビルとの間の間隙を一定に維持するために、加えられる空気圧は６０ｐｓｉｇ（約４１４ｋＰａ）から３０ｐｓｉｇ（約２０７ｋＰａ）まで低減する。
【００８６】
変形可能止め具アセンブリを利用することによってアンビルとホーンとの間の距離を制御するように概して構成される溶接装置は、固定止め具を有するアンビルと、ホーンと、固定止め具の弾性変形がホーンとアンビルとの間の間隙に対する微調整を提供するように、ホーンを固定止め具に対して押圧する力を加えることができるように取り付けられる加力器と、を含む。装置は、ホーンの特定の特性を監視し、その特定の特性の変化にも関らずホーンとアンビルとの間の間隙を固定値で保持するようにホーンに加えられる力を制御する、検知システムを有してもよい。監視される特性は、たとえば、ホーンの温度、長さ等の寸法、または振動周波数であってもよい。
【００８７】
熱膨張によるホーン寸法増大を補償するための、変形可能であるが固定の止め具の使用を、回転アンビル、固定アンビル、回転ホーン、固定ホーンまたはそれらの任意の組合せとともに使用することができる。
【００８８】
撓み可能止め具を使用することによってアンビルとホーンとの間の間隙を制御することに関するさらなる詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第６０２７３ＵＳ００２号を有する、「超音波溶接システムのための間隙調整（Ｇａｐ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ａｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題する本出願の譲受人による同時係属中の仮出願第６０／６４１０４８号明細書に記載されている。
【００８９】
概して、固定撓み可能止め具を使用して間隙を制御するシステムは、並進部材と固定弾性変形可能止め具を備える取付具と、超音波エネルギー源に結合され、並進部材に動作可能に接続されるホーンと、ホーンから間隙によって分離されるアンビルと、ホーンをアンビルに向かって付勢する加力器と、有する。加力器はまた、ホーンに動作可能に結合される部材が、程度を変化させることによって弾性変形可能止め具に接触しそれを変形させるようにし、それによりホーンとアンビルとの間の間隙がシステムの動作中に実質的に一定であり続けるようにする。代替システムは、アンビルから取付システムによって分離されたホーンと、ホーンに結合された超音波エネルギー源と、ホーンが熱膨張している間に分離を一定長さに実質的に維持する任意の機構と、を有することができる。
【００９０】
かかるシステムは、概して、ホーンとアンビルとの間に間隙が確立されるようにホーンをアンビルに近接して配置し、ホーンをアンビルに向かって付勢するようにホーンに力を加え、変形可能止め具を、付勢力を加えることによりホーンに動作可能に接続された部材が変形可能止め具に当接しかつ止め具を変形させるような位置に配置し、ホーンの動作中に、変形可能止め具の変形の程度を調整しかつホーンとアンビルとの間の間隙を実質的に一定に維持するように、付勢力を反復的に調整することにより、動作する。
【００９１】
ホーン振幅を調整することによる間隙の制御
アンビルとホーンとの間の間隙を、通常はホーンである振動工具の振動振幅を調整することによって制御してもよい。かかるシステムは、概して、取付システムによって保持されるホーンまたはホーンスタックを含む。ホーンスタックには電源が動作可能に結合され、命令に応じてホーンに所与の振幅の交流（ＡＣ）信号を供給するように構成され、さらにホーンに供給されるＡＣ信号の周波数を示すデータを出力するように構成される。電源にはコントローラが動作可能に結合される。コントローラは、電源から周波数データを受け取り、周波数データによって確定される選択された振幅のＡＣ信号を引き渡すように電源に命令するように構成される。振幅が変化すると、ホーンとアンビルとの間の間隙も変化する。
【００９２】
概して、この基礎にある理論を使用する方法は、ホーンとアンビルとの間に間隙が確立されるように、ホーンをアンビルに近接して配置することを含む。ホーンに結合される変換器に交流（ＡＣ）信号が印加され、ＡＣ信号は振幅を呈する。ＡＣ信号の振幅は、ホーンの動作中に、ホーンとアンビルとの間の間隙を実質的に一定に維持するように調整される。
【００９３】
アンビルとホーンとの間の間隙を、撓み可能な止め具を使用して制御することに関するさらなる詳細は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、代理人整理番号第６１３９７ＵＳ００２を有する、「超音波ホーンの振幅調整（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｈｏｒｎ）」と題する２００５年１１月７日に出願された、本出願の譲受人による同時係属中の出願第１１／２６８１４１号明細書に記載されている。
【００９４】
製品
上述した方法のいずれも、多層積層製品１０を作製するために適している。積層複合材料１０は、溶接領域Ｗにおいて基層１６に溶接される不織布テープ１２（一実施形態では２片の不織布テープ１２）を有する。基層１６は、たとえば、エラストマー材料の少なくとも１つの層を有する積層弾性材料等の弾性材料であり得る。複合材料１０はまた、機械的取付部１８およびフィンガーリフトタブ２０を有してもよい。基層１６に隣接する不織布テープ１２に接着層１４が存在してもよい。
【００９５】
回転ホーンを用いてもたらされる、不織布テープ１２と基層１６との間の積層接合部は、概して、表面の柔軟性を向上させ、固定ホーンによって製作される同様の製品に対して柔軟性を増大させた。材料１０はまた、概して、回転ホーンを用いて溶接される場合、同じライン速度で固定ホーンによって制作される製品に比較した場合、積層強度の向上を示す。回転ホーンを用いてもたらされる溶接部を有する製品は、通常、より高い引張り力および引き裂き力を有する。回転ホーンが使用される場合、固定ホーンに比較して、材料の溶接領域に穴または裂け目を有する可能性が低減する。これら概念はまた、通常、回転アンビルを使用するシステムにも当てはまる。
【００９６】
パターン化アンビルまたはホーンを使用する回転工程を用いてもたらされる溶接部は、感触が柔らかく特異なパターンを有する。比較して、固定溶接によって作製される同様の複合材料は、適当であるが、それほど柔らかくなく、溶接の領域にトラフがあることが多い。さらに、回転工程は、接合部を、より高い強度の接合をより高いライン速度で生成する。たとえば、回転工程に対して２００メートル／分での引張り強度は、概して、固定ホーンからの５０メートル／分での引張り強度と等価であった。
【実施例】
【００９７】
以下の非限定的な実施例は、回転超音波溶接によって作製される多層積層製品をさらに示す。実施例におけるすべての比重、パーセンテージ、比率等は、特に断りのない限り重量による。
【００９８】
試験方法
本発明の積層体の接合強度を、以下の方法を使用して試験した。
【００９９】
破断引張強度
接合された領域における積層体の破断引張強度を、ＡＳＴＭ Ｄ８８２に従って、インストロン（ＩＮＳＴＲＯＮ）モデル（Ｍｏｄｅｌ）１１２２を用いて伸び引張装置の一定速度で測定した。ロール状の溶接積層体から、４０ｍｍ幅×７０ｍｍ長のサンプルを切断した。長さ方向はロールの幅方向（ＣＤ）である。サンプルを、試験装置のジョーに、５０ｍｍの初期ジョー分離距離で搭載した。そして、サンプルの破断（破壊）点に達するまで、ジョーを５００ｍｍ／分の速度で分離した。破断点は、略常に積層体の超音波接合領域で発生した。最大負荷をニュートン（Ｎ）で記録した。１０個の複製を試験し、平均をとり、表１においてＮ／４０ｍｍ単位で報告した。
【０１００】
台形引裂強度
また、超音波接合部の強度を、インストロン（ＩＮＳＴＲＯＮ）モデル（Ｍｏｄｅｌ）１１２２を用いてＡＳＴＭ Ｄ５５８７に記載されている手続きを使用して台形引裂試験を用いても測定した。試験サンプル、４０ｍｍ幅×７０ｍｍ長を、ロール状の積層体から切断した。長さ方向はロールの幅方向（ＣＤ）である。試験ガイドラインを、サンプルの各端部から、一方の縁の接合領域から開始して他方の縁までロールの装置方向に対して３０度の角度で延在するように引いた。サンプルを試験装置のジョーに、３５ｍｍの初期ジョー分離距離で搭載し、それにより、ジョーの底縁が３０度ガイドラインに一致するようにした。これにより、ジョー内の積層体に非対称の座屈がもらされ、それによりジョーの縁に応力集中がもたらされ、その結果、積層体がその超音波接合領域に沿って引き裂かれる。そして、ジョーを、サンプルの破断（破壊）点に達するまで５００ｍｍ／分の速度で分離した。最大負荷を、サンプルがその一方の縁から他方の縁まで引き裂かれる際にニュートン（Ｎ）で記録した。１０個の複製を試験し平均をとり、表１においてＮ／４０ｍｍ単位で報告した。
【０１０１】
実施例１
不織布ファスニングテープ１２
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＤ−３６１３として入手可能であり、２８ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマーによってポリコーティングされ、非ポリコーティング面が２ｇ／ｍ2シリコーン・アクリレートリリースコーティングによりリリースコーティングされ、ポリコーティング面が、５０％クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）１１１９（ＳＩＳブロックコポリマー、テキサス州ヒューストンのクラトン・ポリマー社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および５０％ウィングタックプラス（ＷＩＮＧＴＡＣＫ Ｐｌｕｓ）（固体粘着付与剤、ペンシルバニア州エクストンのサルトマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）））からなる３３ｇ／ｍ2ホットメルト接着剤１４で接着剤コーティングされた、５０ｇ／ｍ2スパンボンドポリプロピレン不織布からなる。
【０１０２】
フィンガーリフト２０
ニュージャージー州リビングストンのアムトップ・コーポレイション（Ａｍｔｏｐｐ Ｃｏｒｐ．（Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ，ＮＪ））から入手可能であり、４０ミクロン白色二軸延伸ポリプロピレン。
【０１０３】
ファスナ１８
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＮ−３４５７として入手可能であり、米国特許第６，１９０，５９４号明細書における実施例に類似する、３％白色顔料を含む１０７ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマー、３６０フック／ｃｍ2。
【０１０４】
不織布／弾性積層体１６
１０５ｇ／ｍ2３層共押出弾性フィルム２２の両側に２０ｇ／ｍ2ポリプロピレンスパンボンド不織布１６（ニューヨーク州グレートネックのファースト・クオリティ・ノンウーブン社（Ｆｉｒｓｔ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ Ｉｎｃ．（Ｇｒｅａｔ Ｎｅｃｋ，ＮＹ））を接着積層することによって用意され、フィルム２２は、７０％クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ１１１４（ＳＩＳブロックコポリマー、テキサス州ヒューストンのクラトン・ポリマー社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および３０％５Ｅ５７（ポリプロピレン、ミシガン州ミッドランドのダウ・ケミカル（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）））との混合物から作製された中心コア層（９４ｇ／ｍ2）と、コア層の各側のポリプロピレン（５Ｅ５７、ミシガン州ミッドランドのダウ・ケミカル（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）））から作製されたスキン層（６ｇ／ｍ2）と、からなる。
【０１０５】
共押出弾性フィルムを、幅方向に５．３〜１伸張させ、伸長状態に保持しながら、４．５ｇ／ｍ2接着剤（Ｈ２４９４、マサチューセッツ州ミドルトンのボスティック・アドヘッシブ（Ｂｏｓｔｉｋ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ（Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ，ＭＡ）））によって渦巻パターンに噴霧された不織布ウェブの両側に積層した。そして、積層体を弛緩させてロールに巻き付かせた。
【０１０６】
図５〜図１８に示すものに類似する装置を使用して、上記材料を合わせて積層し接合することにより、図１に示すようなものを形成した。材料を、図４に示すものに類似する回転超音波ホーンおよび回転超音波アンビルを使用して２００メートル／分のライン速度で接合した。アンビルは、図４Ｂに示すものに類似する４ｍｍ幅ドット溶接パターンを提供するように構成された放射状に配置された一連のピンを有するスチールシリンダであった。ピンは、高さが０．５８ｍｍであり上部ランド面積が０．５ｍｍ2である円錐台の千鳥形アレイから構成されていた。ピンの中心間間隔は１．６ｍｍであった。
【０１０７】
装置を、１００％、２．１ミルピーク間（５３ミクロン）に設定されたホーンの振幅および２０ｋＨｚの周波数で１．５ミル（約３７マイクロメートル）の固定間隙で運転した。
【０１０８】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果を以下の表１に示す。
【０１０９】
実施例２
実施例１と同じ材料を、ライン速度が６０ｍ／分であることを除き、実施例１と同じ回転超音波溶接装置を使用して合わせて積層し接合した。
【０１１０】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果は以下の表１に示す。
【０１１１】
比較実施例Ｃ１
上記実施例１において説明したものと同じ材料を、固定超音波溶接装置を使用して合わせて積層し接合した。回転アンビルと固定走査（バー）ホーンとを使用した。アンビルは、図４Ａに示すものに類似する４ｍｍ幅ドット溶接パターンを提供するように構成された放射状に配置された一連の菱形形状ピンを有するスチールシリンダであった。ピンは、高さが０．５ｍｍであり上部ランド面積が０．５ｍｍ2である円錐台のアレイから構成された。ピンの中心間間隔は１．５ｍｍであった。材料を、５０ｍ／分のライン速度および２．１ミルピーク間の振幅を使用して溶接した。ホーンとアンビルとの間で１４００Ｎの力を維持した。
【０１１２】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果を以下の表１に示す。実施例Ｃ１の場合の超音波接合部の強度は、実施例１のものと等価であったが、ライン速度がはるかに低かった。実施例Ｃ１の場合の超音波接合部の強度は実施例２よりはるかに低く、ライン速度は同様であった。
【０１１３】
実施例３
図１に示すものに類似する積層体を、以下の材料を使用して用意した。
【０１１４】
不織布ファスニングテープ１２
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＦＴ−２５２４として入手可能であり、２８ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマーによってポリコーティングされ、非ポリコーティング面が０．９ｇ／ｍ2エポキシシリコーンリリースコーティングによりリリースコーティングされ、ポリコーティング面が、４９％クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）１１０７（ＳＩＳブロックコポリマー、テキサス州ヒューストンのクラトン・ポリマー社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および４６％エスコレス（ＥＳＣＯＲＥＺ）１３１０（炭化水素固体粘着付与剤、テキサス州ヒューストンのエクソン・モービル・ケミカルズ（Ｅｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）））および４％シルバレス（Ｓｙｌｖａｒｅｚ）ＴＲＡ２５（液体粘着付与剤、フロリダ州ジャクソンビルのアリゾナ・ケミカル社（Ａｒｉｚｏｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ，ＦＬ）））および１．０％イルガノックス（ＩＲＧＡＮＯＸ）１０７６（酸化防止剤、スイス、バーゼルのチバ・スペシャルティ・ケミカルズ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）））からなる３３ｇ／ｍ2ホットメルト接着剤１４で接着剤コーティングされた、５０ｇ／ｍ2スパンボンドポリプロピレン不織布からなる。
【０１１５】
フィンガーリフト２０
ドイツ、ラウンハイムのトレオファン社（Ｔｒｅｏｆａｎ ＧｍｂＨ（Ｒａｕｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ））から入手可能であり、３５ミクロン白色二軸延伸ポリプロピレン（トレスパファン（Ｔｒｅｓｐａｐｈａｎ））。
【０１１６】
ファスナ１８
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））からＫＨＫ−０００２として入手可能であり、米国特許第５，８４５，３７５号明細書における実施例に類似する、微細複製フック材料、１．５％白色顔料を有する１０５ｇ／ｍ2ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマー、２５０フック／ｃｍ2。
【０１１７】
不織布／弾性積層体は使用しなかった。
【０１１８】
５０ｇ／ｍ2ポリプロピレンスパンボンド不織布１６（ペガテックス（Ｐｅｇａｔｅｘ）Ｓ１．５デニール、チェコ共和国のペガス・ノンウーブン（Ｐｅｇａｓ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ（Ｃｚｅｃｈ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ）））の第１層と、２２ｇ／ｍ2ポリプロピレン梳毛不織布２４（サワボンド（Ｓａｗａｂｏｎｄ）４１３２、ドイツ、サンドラーＡＧ（Ｓａｎｄｌｅｒ ＡＧ（Ｇｅｒｍａｎｙ）））の第２層と、から構成される２層の不織布材料。２つの不織布を互いに熱接合した。
【０１１９】
図５〜図１８に示すものに類似する装置を使用して、上記材料を合わせて積層し接合した。材料を、図４に示すものに類似する回転超音波ホーンおよび回転超音波アンビルを使用して３００メートル／分のライン速度で接合した。実施例１と同じアンビルを使用した。装置は、ホーンの振幅を１００％に設定し（５３ミクロン）２０ｋＨｚの周波数で１．５ミル（約３７マイクロメートル）の固定間隙で運転した。
【０１２０】
得られた超音波接合部の強度を、上述した引張および引裂試験を使用して測定し、結果を下記の表１に示す。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
好ましい実施形態の説明の目的で、本明細書において特定の実施形態を例示し説明したが、当業者には、同じ目的を達成するように計算された多種多様の代替および／または等価実施形態を、本発明の範囲から逸脱することなく、本書に示し説明した特定の実施形態の代りに用いてもよい、ということが理解されよう。当業者は、本発明を非常に多種多様の実施形態で実施してもよい、ということを容易に理解するであろう、本出願は、本明細書で論じた好ましい実施形態の任意の適合または変形を包含するように意図されている。本発明は、本明細書に示した例示的な実施形態に限定されない、ということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明による工程によって作製される製品の断面図である。
【図２】本発明の製品を形成するさまざまな材料を示す、本発明の工程の概略図である。
【図３】多層材料が間にあるホーンおよびアンビル構成の部分的に詳細な概略斜視図である。
【図４】本発明の製品の２つの部分を製作する、回転ホーンおよびアンビル構成の概略斜視図である。
【図４Ａ】アンビル面に対する第１のあり得る構成を示す模式図である。
【図４Ｂ】アンビル面に対する第２のあり得る構成を示す模式図である。
【図５】本発明による例示的な、複数のサブアセンブリを有する回転溶接装置の正面かつ右側斜視図である。
【図５Ａ】図５のものに類似する、本発明による代替的な例示的回転溶接装置の正面かつ右側斜視図である。
【図６】図５の装置のアンビルロールサブアセンブリの正面平面図である。
【図７】図６と同じ視点からのアンビルロールサブアセンブリの拡大正面平面図である。
【図８】図７の線分８−８に沿ったアンビルロールサブアセンブリの断面図である。
【図９】図５の装置のホーン取付サブアセンブリの斜視図である。
【図１０】図９のホーン取付サブアセンブリによって保持されるホーンアセンブリの正面平面図である。
【図１１】図１０の線分１１−１１に沿ったホーンアセンブリの断面図である。
【図１２】図５の装置のホーン・アンビル間隙調整アセンブリの斜視図である。
【図１３】図５の装置のホーン吊上げサブアセンブリの正面平面図である。
【図１４】図１３のホーン吊上げサブアセンブリの正面平面図である。
【図１５】図１４の線分１５−１５に沿ったホーン吊上げサブアセンブリの断面図である。
【図１５Ａ】図１５の図に類似するホーン吊上げサブアセンブリの代替実施形態を示す断面図である。
【図１５Ｂ】図１５の図に類似するホーン吊上げサブアセンブリの別の代替実施形態を示す断面図である。
【図１６】図５の装置のニップサブアセンブリの正面平面図である。
【図１７】固定間隙システムの、ホーンが第１の位置にある概略側面図である。
【図１８】図１７の固定ギャップシステムの、ホーンが第２の位置にある概略側面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布層を弾性基層に溶接する方法であって、
（ａ）アンビルとホーンを含むホーンスタックとを備えた超音波システムを提供するステップであって、アンビルおよびホーンがそれらの間に間隙を有するステップと、
（ｂ）アンビルとホーンとの間の間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置するステップと、
（ｃ）ホーンを超音波エネルギーで振動させる間にホーンおよびアンビルのうちの少なくとも一方を回転させることにより周波数を取得するステップと、
（ｄ）不織布層および弾性基層をホーンおよびアンビルに接触させるステップと、
（ｅ）ホーンまたはアンビルのうちの少なくとも一方の周波数および温度のうちの少なくとも一方を監視するステップと、
（ｆ）温度または周波数の変化に基づいてアンビルとホーンとの間の間隙を維持しながら、不織布層を弾性基層に溶接するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
不織布層および弾性基層をホーンおよびアンビルに接触させる前記ステップが、
（ａ）不織布層をホーンにかつ基層をアンビルに接触させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）不織布層と弾性基層との間に配置された接着層を含めるステップ
を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）該間隙内に、不織布層と弾性フィルムを備える弾性基層とを配置するステップ
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）不織布層と第１不織布面を備える弾性基層とを前記弾性フィルムの上に配置するステップであって、該第１不織布面が、該弾性フィルムと前記接着層との間に配置されるステップ
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）不織布層と第２不織布面をさらに備える弾性基層とを、前記第１不織布面とは反対の前記弾性フィルム上に配置するステップ
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）該間隙内に、不織布層と、第２不織布層と、弾性基層とを配置するステップ
を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
超音波システムを提供する前記ステップが、
（ａ）回転可能なホーンを、それが第１軸を中心に回転することができるように、かつ該回転可能なホーンが２つの追加の自由度のみを有するように支持する、取付システムを提供するステップであって、
（ｉ）第１の追加の自由度が、該第１軸に対して垂直な方向における並進運動であり、
（ｉｉ）第２の追加の自由度が、該第１軸および該第１の追加の自由度の方向の両方に対して垂直である第２軸を中心とする回転運動である、
ステップと、
（ｂ）該取付システム内に該ホーンを取り付けるステップと、
（ｃ）ウェブを処理するように該ウェブを該ホーンに接触させるステップと、
を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
超音波システムを提供する前記ステップが、
（ａ）２つの側板を有する枠であって、各側板が支持面を有しかつその中にスロットを有する枠と、
（ｂ）該ホーンが自由に回転できるように該ホーンに係合するように各々構成される一対の支持要素であって、各支持要素が、
（ｉ）該スロットのうちの１つと摺動可能に係合する摺動部と、
（ｉｉ）該支持面に係合する湾曲面を有する支持部と、
を備える一対の支持要素と、を備える取付システムを提供するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、前記第２の追加の自由度内の動きの最大量を制限する手段を提供することにより、該アンビルと該ホーンとの間の該間隙を一定に維持するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの共振周波数を受け取るステップであって、該ホーンの一部が剛性取付システムによって該アンビルから所与の距離に固定されるステップと、
（ｂ）該共振周波数に基づいて、該間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定するステップと、を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定する前記ステップが、
（ａ）前記共振周波数に対応する間隙を取得するために表にアクセスするステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定する前記ステップが、
（ａ）前記共振周波数にまたがる周波数に対応する第１量および第２量を取得するために表にアクセスするステップと、
（ｂ）適当な間隙に達するために該第１間隙量と該第２間隙量との間で内挿するステップと、を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定する前記ステップが、
（ａ）前記ホーンの寸法を、該ホーンの前記共振周波数および材料特性の関数として計算するステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの固定位置と該アンビルとの間の所与の距離を、一定間隙を実質的に維持するように調整するステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの前記共振周波数に基づいて該ホーンの前記固定部分と該アンビルとの間の前記所与の距離を調整するステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンを該アンビルに向かって付勢するように該ホーンに力を加えるステップと、
（ｂ）変形可能止め具を、該付勢力を加えることにより該ホーンに動作可能に接続された部材が該変形可能止め具に当接し該止め具を変形させるような位置に配置するステップと、
（ｃ）該ホーンの動作中に、該変形可能止め具の該変形の程度を調整し、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を実質的に一定に維持するように、該付勢力を反復的に調整するステップと、
を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの温度に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの共振周波数に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンに結合された変換器にＡＣ信号を印加するステップであって、該ＡＣ信号が振幅を示すステップと、
（ｂ）該ホーンの動作中に、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を実質的に一定に維持するように該ＡＣ信号の該振幅を調整するステップと、
を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの温度に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの共振周波数に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を実質的に一定に維持するように、該ホーンの位置を調整するステップ
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法によって作製される多層材料。
【請求項１】
不織布層を弾性基層に溶接する方法であって、
（ａ）アンビルとホーンを含むホーンスタックとを備えた超音波システムを提供するステップであって、アンビルおよびホーンがそれらの間に間隙を有するステップと、
（ｂ）アンビルとホーンとの間の間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置するステップと、
（ｃ）ホーンを超音波エネルギーで振動させる間にホーンおよびアンビルのうちの少なくとも一方を回転させることにより周波数を取得するステップと、
（ｄ）不織布層および弾性基層をホーンおよびアンビルに接触させるステップと、
（ｅ）ホーンまたはアンビルのうちの少なくとも一方の周波数および温度のうちの少なくとも一方を監視するステップと、
（ｆ）温度または周波数の変化に基づいてアンビルとホーンとの間の間隙を維持しながら、不織布層を弾性基層に溶接するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
不織布層および弾性基層をホーンおよびアンビルに接触させる前記ステップが、
（ａ）不織布層をホーンにかつ基層をアンビルに接触させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）不織布層と弾性基層との間に配置された接着層を含めるステップ
を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）該間隙内に、不織布層と弾性フィルムを備える弾性基層とを配置するステップ
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）不織布層と第１不織布面を備える弾性基層とを前記弾性フィルムの上に配置するステップであって、該第１不織布面が、該弾性フィルムと前記接着層との間に配置されるステップ
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）不織布層と第２不織布面をさらに備える弾性基層とを、前記第１不織布面とは反対の前記弾性フィルム上に配置するステップ
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記間隙内に不織布層および弾性基層を一緒に配置する前記ステップが、
（ａ）該間隙内に、不織布層と、第２不織布層と、弾性基層とを配置するステップ
を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
超音波システムを提供する前記ステップが、
（ａ）回転可能なホーンを、それが第１軸を中心に回転することができるように、かつ該回転可能なホーンが２つの追加の自由度のみを有するように支持する、取付システムを提供するステップであって、
（ｉ）第１の追加の自由度が、該第１軸に対して垂直な方向における並進運動であり、
（ｉｉ）第２の追加の自由度が、該第１軸および該第１の追加の自由度の方向の両方に対して垂直である第２軸を中心とする回転運動である、
ステップと、
（ｂ）該取付システム内に該ホーンを取り付けるステップと、
（ｃ）ウェブを処理するように該ウェブを該ホーンに接触させるステップと、
を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
超音波システムを提供する前記ステップが、
（ａ）２つの側板を有する枠であって、各側板が支持面を有しかつその中にスロットを有する枠と、
（ｂ）該ホーンが自由に回転できるように該ホーンに係合するように各々構成される一対の支持要素であって、各支持要素が、
（ｉ）該スロットのうちの１つと摺動可能に係合する摺動部と、
（ｉｉ）該支持面に係合する湾曲面を有する支持部と、
を備える一対の支持要素と、を備える取付システムを提供するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、前記第２の追加の自由度内の動きの最大量を制限する手段を提供することにより、該アンビルと該ホーンとの間の該間隙を一定に維持するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの共振周波数を受け取るステップであって、該ホーンの一部が剛性取付システムによって該アンビルから所与の距離に固定されるステップと、
（ｂ）該共振周波数に基づいて、該間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定するステップと、を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定する前記ステップが、
（ａ）前記共振周波数に対応する間隙を取得するために表にアクセスするステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定する前記ステップが、
（ａ）前記共振周波数にまたがる周波数に対応する第１量および第２量を取得するために表にアクセスするステップと、
（ｂ）適当な間隙に達するために該第１間隙量と該第２間隙量との間で内挿するステップと、を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
間隙の長さのおよその変化に対し既知の関係にある量を確定する前記ステップが、
（ａ）前記ホーンの寸法を、該ホーンの前記共振周波数および材料特性の関数として計算するステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの固定位置と該アンビルとの間の所与の距離を、一定間隙を実質的に維持するように調整するステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの前記共振周波数に基づいて該ホーンの前記固定部分と該アンビルとの間の前記所与の距離を調整するステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンを該アンビルに向かって付勢するように該ホーンに力を加えるステップと、
（ｂ）変形可能止め具を、該付勢力を加えることにより該ホーンに動作可能に接続された部材が該変形可能止め具に当接し該止め具を変形させるような位置に配置するステップと、
（ｃ）該ホーンの動作中に、該変形可能止め具の該変形の程度を調整し、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を実質的に一定に維持するように、該付勢力を反復的に調整するステップと、
を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの温度に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの共振周波数に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンに結合された変換器にＡＣ信号を印加するステップであって、該ＡＣ信号が振幅を示すステップと、
（ｂ）該ホーンの動作中に、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を実質的に一定に維持するように該ＡＣ信号の該振幅を調整するステップと、
を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの温度に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンの共振周波数に基づいて、該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を監視するステップ
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
アンビルとホーンとの間の間隙を維持する前記ステップが、
（ａ）該ホーンと該アンビルとの間の該間隙を実質的に一定に維持するように、該ホーンの位置を調整するステップ
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法によって作製される多層材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公表番号】特表２００８−５２６５５２（Ｐ２００８−５２６５５２Ａ）
【公表日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４９６９９（Ｐ２００７−５４９６９９）
【出願日】平成１７年１２月３０日（２００５．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４７６９８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７４１１６
【国際公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月３０日（２００５．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４７６９８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７４１１６
【国際公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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