JP5623228B2

JP5623228B2 - 超音波処理装置

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Publication number: JP5623228B2
Application number: JP2010223074A
Authority: JP
Inventors: 二宮　彰秀; 彰秀二宮; 一夫請川; 山本　広喜; 広喜山本
Original assignee: Uni Charm Corp
Current assignee: Uni Charm Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: EP2623295A1; WO2012043171A1; CN103124628B; US20130167629A1; EP2623295A4; JP2012076342A; US8662133B2; CN103124628A; EP2623295B1

Description

この発明は、機械方向へ連続的に走行しているウエブに対して超音波処理を施すための装置に関する。

熱可塑性合成繊維を含む不織布や熱可塑性合成樹脂で形成されたフィルムをウエブとして機械方向へ走行させ、その走行させる過程においてウエブに対して超音波処理を施すための装置は、公知でもありまた周知でもある。

たとえば、実開昭５８−３９８３６号公報（特許文献１）に記載の超音波加工機は、超音波振動が付与される加工用ホーンと、加工用ホーンと協働する押えローラとを有する。加工用ホーンと押えローラとは、それぞれが回転しながら被加工物に超音波処理を施してその被加工物を連続的に溶着する。

また、特表平１０−５１３１２８号公報（特許文献２）に記載の回転シールシステムは、ウエブである加工物の走行方向に向かって回転するドラムと、ドラムの周面に取り付けられていてドラムの回転方向に対しての交差方向へ延びる第１の熱エネルギー付与装置と、ドラムとともに回転しながら前記交差方向へ動くようにドラムに取り付けられている第２の熱エネルギー付与装置とを有し、第１のエネルギー付与装置と第２のエネルギー付与装置との間に加工物を位置させる。第２の熱エネルギー付与装置は、第１の熱エネルギー付与装置と組み合わされて前記交差方向へ移動して、ドラムの回転中に加工物に熱エネルギーを付与し、熱エネルギーの付与が終了すると第１の熱エネルギー付与装置から離間して移動する前の位置へ戻る。第１，第２の熱エネルギー付与装置の一方は超音波振動するホーンであり、もう一方はアンビルである。

実開昭５８−３９８３６号公報特表平１０−５１３１２８号公報

特許文献１に記載の装置では、ウエブに形成される超音波処理部分が機械方向と平行になり、機械方向と交差する方向へ延びる態様の超音波処理部分を得ることができない。

特許文献２に記載の回転シールシステムでは、機械方向へ走行する加工物に対して、機械方向と交差する方向へ延びる態様のシール部である超音波処理部を得ることができる。この回転シールシステムでは、ドラムの外側に設けられた第２の熱エネルギー付与装置がドラムの回転方向に対する交差方向へ移動する間にウエブに対して熱エネルギーを付与するのであるが、熱エネルギーを付与するその作業は、ドラムに巻き付いたウエブの巻き付き角度の範囲内で完了しなければならない。換言すると、ウエブがドラムに巻き付き始め、その後ドラムから離脱するまでの間にその作業を終了しなければならない。ウエブが高速で走行するときに、このような作業を短いインタバルで反復するには、ドラムに対して複数の、たとえば３〜４組またはそれ以上の第１、第２熱エネルギー付与装置を取り付けることが必要になり、そのことが装置の複雑化や装置制作費の高額化、保守管理の複雑化を生じさせる原因になる。

この発明は、ウエブの幅方向へ超音波処理を施す際に、従来技術におけるこのような問題の発生を回避できるような超音波処理装置の提供を課題にしている。

前記課題を解決するためのこの発明が対象とするのは、超音波発信器につながるホーンと前記ホーンに対向するアンビルとの間にウエブを介在させて前記ウエブに超音波処理を施すための装置である。

かかる装置において、この発明が特徴とするところは以下のとおりである。すなわち、前記装置は、前記ウエブを機械方向へ連続的に走行させる上流側搬送手段と下流側搬送手段とを含む。前記上流側搬送手段と前記下流側搬送手段との間には前記ホーンと前記アンビルとのうちの一方である第１機械要素ともう一方である第２機械要素とを前記ウエブを挟むように対向配置する。前記第１機械要素は、前記第２機械要素に対向する作用面を有するとともに前記機械方向と前記機械方向に対する交差方向とに動くことのない前記装置においての固定要素である。前記第２機械要素は、前記交差方向において回転しつつ、前記機械方向と前記交差方向との間において前記ウエブを横切るように前進後退運動を反復する可動要素であって、前記前進運動するときには前記機械方向へ走行している前記ウエブに接触しながら前記第１機械要素の前記作用面と協働して前記ウエブに前記超音波処理を施し、前記後退運動するときには前記ウエブから離間する。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記第１機械要素の前記作用面は、前記第２機械要素が前記前進後退運動を反復する方向に平行して延びている。

この発明の実施態様の他の一つにおいて、前記第１機械要素がホーンであり、前記第２機械要素がローラー状アンビルである。

この発明の実施態様の他の一つにおいて、前記第１機械要素がアンビルであり、前記第２機械要素がローラー状のホーンである。

この発明の実施態様の他の一つにおいて、前記ウエブが前記第１機械要素と前記第２機械要素との間に介在する複数枚のウエブであって、前記第１機械要素と前記第２機械要素とが前記複数枚のウエブを溶着するためのものである。

この発明の実施態様の他の一つにおいて、前記第１機械要素と前記第２機械要素とは、前記第２機械要素が前記前進後退運動を反復する方向において前記ウエブの一部分を溶融しかつ切断する。

この発明の実施態様のさらに他の一つにおいて、前記アンビルが加熱可能な態様および冷却可能な態様のうちの少なくとも一方の態様にある。

この発明に係る超音波処理装置では、上流側搬送手段と下流側搬送手段とによってウエブを機械方向へ連続的に走行させる。これら両手段の間には、この装置においての固定要素である第１機械要素の作用面が機械方向と斜めに交差する方向へ延びている。機械方向へ走行するウエブは、その作用面の上方を機械方向へ走行する過程において、作用面に対向しており機械方向と斜めに交差する方向へ移動する第２機械要素と作用面との協働によって超音波処理が施される。このような超音波処理装置では、第１機械要素が固定されたものであり、第２機械要素が機械方向と斜めに交差する方向において往復運動を反復するだけのものであるから、この超音波処理装置は構造が簡単で、製作費を低く抑えたり、保守管理を簡単にしたりすることができる。

使い捨ておむつの斜視図。（ａ）は図１の使い捨ておむつの連続体を示す図、（ｂ）は（ａ）の連続体を得るためのウエブを示す図。超音波処理装置の斜視図。図３の装置についてのＩＶ−ＩＶ線矢視図。図４のＶ−Ｖ線矢視図。図５のＶＩ−ＶＩ線矢視図。アンビルの周面状態の一例を示す図。

添付の図面を参照してこの発明に係る超音波処理装置の詳細を説明すると、以下のとおりである。

図１は、超音波処理装置を使用して製造された使い捨てのパンツ型おむつ１の斜視図である。おむつ１は、前胴回り域２と後胴回り域３と、股下域４とを有し、前胴回り域２と後胴回り域３の側縁部６，７が合掌状に重なり合い、接合域８において互いに接合して、おむつ１には胴回り開口１１と、脚回り開口１２とが形成されている。胴回り開口１１と脚回り開口１２のそれぞれでは、周縁部分に弾性部材（図示せず）が伸長状態で取り付けられていて、その周縁部分が弾性的に伸長・収縮する。前胴回り域２と後胴回り域３と股下域４とは、おむつ１の着用者の肌に当接する内面シート１３が熱可塑性合成繊維からなり透液性を有する不織布で形成され、着用者の着衣に当接する外面シート１４が熱可塑性合成樹脂からなり不透液性を有するフィルムと、熱可塑性合成繊維からなりフィルムの外面に接合している不織布とのラミネートシートで形成されている。おむつ１は、これら内面シート１３と外面シート１４との間に介在する周知の吸収体を含むものであるが、その吸収体は図示されていない。

このようなおむつ１における接合域８は、前胴回り域２の側縁部６と後胴回り域３の側縁部７とを重ね合せて後記する超音波処理装置で処理することにより、換言すると、前胴回り域２を形成している内面シート１３と外面シート１４および後胴回り域３を形成している内面シート１３と外面シート１４を重ね合せて超音波処理装置で処理することにより形成されている。
図２の（ａ）は、図１のおむつ１の複数が幅方向において連続した状態にあるおむつ連続体２１の部分斜視図であり、（ｂ）はおむつ連続体２１を製造するために使用されるウエブ３１の部分斜視図である。

図２の（ａ）のおむつ連続体２１では、縦方向へ延びる複数の切断予定線２２が横方向で等ピッチの態様にある。切断予定線２２の両側には、図１に示された接合域８が互いに接し合う状態で形成されている。図１のおむつ１は、このようなおむつ連続体２１を切断予定線２２で切断することにより得ることができる。図２の（ｂ）におけるウエブ３１には、（ａ）における切断予定線２２のみが示されていて、接合域８が未だ形成されていない。かようなウエブ３１は、それが後記する超音波処理装置で処理されることにより、接合域８が形成され、図２の（ａ）のおむつ連続体２１となる。

図３は、図２の（ｂ）に示されたウエブ３１に超音波処理を施して、図２の（ａ）に示されたおむつ連続体２１を得るための超音波処理装置の部分斜視図であって、機械方向がＭＤで示され、機械方向ＭＤに直交する交差方向がＣＤで示されている。超音波処理装置は、機械方向ＭＤの上流側に設けられた搬送手段である一対の第１ニップロール５１と、下流側に設けられた搬送手段である一対の第２ニップロール５２と、第１，第２ニップロール５１と５２との間に設けられた超音波処理部５３とを含んでいる。ウエブ３１は、第１ニップロール５１から第２ニップロール５２に向かって機械方向へ連続的に走行し、走行している間に超音波処理部５３を通過する。

超音波処理部５３は、第１ニップロール５１と第２ニップロール５２との間にセットされている平坦なテーブル５４と、テーブル５４を挟むようにセットされる超音波処理機５５とを有する。超音波処理機５５は、テーブル５４の上方および下方のうちの一方にあって機械方向ＭＤにも移動することのないように固定された機械要素である第１機械要素６１と、テーブル５４の上方および下方のうちのもう一方にあって機械方向ＭＤと斜めに交差して移動可能な機械要素である第２機械要素６２とを含み、ウエブ３１がテーブル５４の上方を走行する。図示例においての第１機械要素６１は、テーブル５４の下側に設置された超音波ホーン６３であり、超音波ホーン６３の作用面６４がテーブル５４に形成されている透孔５６の内側に見えている。透孔５６と作用面６４とは、機械方向ＭＤと斜めに交差するように延びている。図示例においての第２機械要素６２は、テーブル５４の上側に設置されたアンビル部６６である。アンビル部６６は、スチールベルト６９によって駆動され、超音波ホーン６３の作用面６４に平行して延びるリニアスライド６７に対して摺動しながら機械方向ＭＤと斜めに交差する態様で往復運動する。図３において明らかなように、機械方向ＭＤに直交する交差方向ＣＤは、ウエブ３１の幅方向ＷＤに一致している。それゆえ、アンビル部６６は、静止した状態で見たときのウエブ３１を斜めに横切るように往復運動するものである。

往復運動するアンビル部６６は、矢印Ｅで示される前進方向への運動では、アンビル部６６のうちのローラー状アンビル６８がその直下において対向している超音波ホーン６３の作用面６４と協働して、ローラー状アンビル６８と作用面６４との間に位置するウエブ３１に超音波処理を施すことができる。

図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線矢視図であって、交差方向ＣＤから見たときの超音波処理部５３が示されているが、スチールベルト７０の図示が省略されている。超音波処理部５３におけるテーブル５４では、透孔５６の位置が仮想線で示されている。ウエブ３１は、機械方向ＭＤの上流側から下流側
に向かってテーブル５４の上方を連続的に走行している。透孔５６は、そのウエブ３１と斜めに交差して、ウエブ３１の両側縁部３１ａ，３１ｂの外側にまで延びるように形成されている（図３参照）。

テーブル５４の下側に設置されたホーン６３は、超音波ブースター７１を介して超音波コンバータ７２と超音波発振器（図示せず）とに接続され、超音波発振器からの高周波電力によって図の上下方向へ超音波振動する。

テーブル５４の上側に設置された第２機械要素６２には、アンビル部６６と、アンビル部６６におけるローラー状アンビル６８を回転させるベベルギア６９と、ローラー状アンビル６８をホーン６３に対して離間接近するように上下動させるためのエアシリンダ７３と、これら各部６６，６９，７３が取り付けられていてリニアスライドレール６７に対して矢印Ｅ方向（図３参照）とその反対方向とに摺動するスライドベース７４とが含まれている。エアシリンダ７３の作用によって下降したローラー状アンビル６８がホーン６３の作用面６４と協働してウエブ３１を挟んでいる状態では、作用面６４の超音波振動の作用によってウエブ３１に含まれている熱可塑性合成樹脂が溶融し、ウエブ３１において重なり合うシートどうしが溶着する。

スライドベース７４は、後記するサーボモータ７６の作用によってリニアスライドレール６７を摺動して矢印Ｅ方向への前進とその反対方向への後退とが可能であって、前進するときにはウエブ３１に対する溶着が続いて、図２の（ａ）における接合域８を形成する。スライドベース７４が所要の距離だけ前進すると接合域８の形成が終わる。すると、エアシリンダ７３の作用によってローラー状アンビル６８が上昇してホーン６３から離間し、ローラー状アンビル６８とホーン６３との協働の作業が解ける。上昇したローラー状アンビル６８は、スライドベース７４とともに所要の位置まで後退する。その後退が終了すると、ローラー状アンビル６８はエアシリンダ７３の作用によって再び下降して、ホーン６３との協働の作業を再開する。

このように作用するローラー状アンビル６８は、シャフト７７とともに機械方向ＭＤに直交する交差方向ＣＤ（図３参照）へ回転するもので、そのシャフト７７は機械方向ＭＤへ延びていて一対のベベルギア６９の一方６９ａに接続されている。ベベルギア６９は、後記するようにアンビル部６６が取り付けられているスライドベース７４の前進・後退運動を利用して回転するように形成されている。

図５は、図４のＶ−Ｖ線矢視図であるが、リニアスライドレール６７が水平に延びるように超音波処理装置の向きが変えてある。図５にはまた、ウエブ３１が仮想線で示され、図４において省略されていたスチールベルト７０も仮想線で示されている。エアシリンダ７３（図４参照）を介してアンビル部６６が取り付けられているスライドベース７４は、基盤８０に取り付けられている一対の平行なリニアスライドレール６７に摺動可能に当接している。リニアスライドレール６７は、機械方向ＭＤと斜めに交差して、ウエブ３１を斜めに横切るように延びており、リニアスライドレール６７の機械方向ＭＤに対する交差角度αは０〜９０°の間にある。一対のリニアスライドレール６７の間には、雄のボールねじ８１がリニアスライドレール６７に平行に延びていて、ボールねじ８１の一方の端部８１ａがカップリング８２を介してサーボモータ７６に接続され、もう一方の端部８１ｂが基盤８０に取り付けられた軸受８３に回転可能に支持されている。仮想線Ｃ_１は、ボールネジ８１の回転中心を示している。仮想線で示されたスチールベルト７０は、リニアスライドレール６７と平行に延びていて、両端部が支柱８４のそれぞれに固定され、その支柱８４が基盤８０に固定されている。

図５におけるスライドベース７４では、ローラー状アンビル６８のシャフト７７が一対のベベルギア６９の一方６９ａに接続され、ベベルギア６９のもう一方６９ｂがマグネット入りプーリ８６を有し、そのプーリ８６がスチールベル７０に接触している。スチールベルト７０は、それに押えプーリ８７が圧接することにより緊張状態にある。シャフト７７は、一対の支持板８８に回転可能に支えられている。図５においてサーボモータ７６が回転すると、ローラー状アンビル６８はスライドベース７４とともに仮想線で示されたローラー状アンビル６８の位置に到達して超音波処理作業を終了することが可能である。図５に仮想線で一部分のみが示されているフレーム構造体９０は、超音波処理装置を固定するために使用するものである。超音波処理装置を構成する図４に例示の各部材は、フレーム構造体９０に取り付けて使用することができる。

図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線矢視図である。図６において、水平に延びる基盤８０の下方では、同じく水平に延びる雄のボールねじ８１に雌のボールねじ９１が組み付けられている。雌のボールねじ９１は、取付部材９２を介してスライドベース７４に取り付けられている。また、スライドベース７４では、その四隅に配置されたスライド駒９３が、リニアスライドレール６７のそれぞれに下方から嵌合している（図４参照）。それゆえ、サーボモータ７６の回転方向を切り替えることによって、スライドベース７４とローラー状アンビル６８とを後退位置Ｓ_１と前進位置Ｓ_２との間で往復運動させることができる。後退位置Ｓ_１と前進位置Ｓ_２とはリニアスライドレール６７に並設されるリミットスイッチ（図示せず）によって設定することができ、そのリミットスイッチからの電気信号によってサーボモータ７６の回転方向を切り替えることができる。また、リミットスイッチの信号によってエアシリンダ７３を作動させることができるから、スライドベース７４が後退位置Ｓ_１にあるときには、エアシリンダ７３によってローラー状アンビル６８を下降させて、ウエブ３１をローラー状アンビル６８と超音波振動しているホーン６３の作用面６４とに密着させることができる。ウエブ３１では、ローラー状アンビル６８と作用面６４とに接触している部位に超音波処理が施される。スライドベース７４が前進位置Ｓ_２にあるときには、エアシリンダ７３がローラー状アンビル６８を上昇させて、作用面６４から離間させ、ウエブ３１に対するローラー状アンビル６８と作用面６４との作用を終了させることができる。

このようにスライドベース７４が前進または後退するときには、ベベルギア６９ｂに付属しているマグネット入りプーリ８６がスチールベルト７０に接触して回転する。マグネット入りプーリ８６の回転は、ベベルギア６９ｂから６９ａに伝わってシャフト７７を回転させ、さらにローラー状アンビル６８を矢印Ｆ（図５，６参照）方向へ回転させる。したがって、ローラー状アンビル６８は、矢印Ｆ方向へ回転しつつ矢印Ｅ方向へ前進して、ウエブ３１に接合域８を形成する。

このように形成されている超音波処理装置では、機械方向ＭＤへ一定の走行速度で連続的に走行しているウエブ３１に対して、そのウエブ３１を横切るように、たとえば図３に例示されているように機械方向ＭＤに直交する態様で直線的に延びる接合域８を形成するときに、直線的に一定の速度で前進するローラー状アンビル６８の前進する方向Ｅとウエブ３１が走行する機械方向ＭＤとの間の交差角度、すなわち図５におけるリニアスライドレール６７の機械方向ＭＤに対する交差角度αは、ローラー状アンビル６８の前進速度とウエブ３１の走行速度とに基づいて決められる。

この発明に係る超音波処理装置において、ホーン６３によって例示された第１機械要素はその位置が固定されたものであり、アンビル６８によって例示された第２機械要素は交差角度αで機械方向ＭＤと斜めに交差する方向において往復運動を反復するものであるから、この超音波処理装置は構造が簡単で、超音波処理装置の製作費を低く抑えることが可能になり、保守点検が容易になる。

図７は、この発明に係る超音波処理装置において使用可能なローラー状アンビル６８の周面の一態様を示す図である。図示例の如く、ローラー状アンビル６８の周面に周方向で凹凸を繰り返す凹部６８ａと凸部６８ｂとを形成しておくと、その凹部６８ａと凸部６８ｂとが反転された状態の図柄を接合域８に形成することができる。その周面における凹部６８ａは接合域８における凸部となってあらわれ、周面における凸部６８ｂは接合域８における凹部となってあらわれる。周面の幅方向中央部分に形成されている凹部６８ａは、図２の（ａ）、（ｂ）における切断予定線２２に一致させる部位である。仮想線Ｃ_２は、アンビル６８の回転中心を示している。

この発明に係る超音波処理装置ではまた、第１機械要素としてアンビルを使用し、第２機械要素としてホーンを使用することもできる。そのときのアンビルは、ウエブ３１を斜めに横切る板状のものにし、ホーンはローラー状のものにして、ホーンを回転させつつウエブ３１を斜めに横断するように前進させることが好ましい。

この発明に係る超音波処理装置ではさらにまた、第１機械要素または第２機械要素としてのアンビルを加熱状態で使用したり、冷却状態で使用したりすることができる。加熱状態で使用するときのアンビルは、その温度をたとえば７０〜８０℃に設定しておき、ウエブ３１に含まれた熱可塑性合成樹脂が超音波処理によって溶融し、その熱可塑性合成樹脂の一部分が小塊となってアンビルに付着したとしても、その小塊が冷却固化した状態でアンビルに付着して残るという問題の発生を防ぐことができる。加熱状態にあるアンビルはまた、ウエブ３１の溶着に要する時間を短縮するように作用する場合がある。また、冷却状態で使用するときのアンビルは、その温度をたとえば０〜−５℃に設定して、ウエブ３１の超音波処理によって熱可塑性合成樹脂の小塊が生じたとしても、その小塊を速やかに固化させて、アンビルに付着しにくくすることができる。

図示例において、超音波処理装置はウエブ３１に接合域８を形成するために使用されているが、超音波処理装置の用途は、これだけに限られるものではない。この発明に係る超音波処理装置は、ホーン６３および／またはアンビル６８を溶断刃として使用し、ウエブ３１を特定の部位において切断するとともに、その部位の周縁において熱可塑性合成繊維どうしや熱可塑性合成樹脂で形成されたフィルムどうしを溶着したり、それら繊維とフィルムとを溶着したりするために使用することもできる。

３１ウエブ
５１上流側搬送手段（ニップロール）
５２下流側搬送手段（ニップロール）
６３ホーン
６４作用面
６８アンビル
ＭＤ機械方向
ＣＤ交差方向

Claims

超音波発信器につながるホーンと前記ホーンに対向するアンビルとの間にウエブを介在させて前記ウエブに超音波処理を施すための装置であって、
前記ウエブを機械方向へ連続的に走行させる上流側搬送手段と下流側搬送手段とを含み、
前記上流側搬送手段と前記下流側搬送手段との間には前記ホーンと前記アンビルとのうちの一方である第１機械要素ともう一方である第２機械要素とを前記ウエブを挟むように対向配置し、
前記第１機械要素は、前記第２機械要素に対向する作用面を有するとともに前記機械方向と前記機械方向に対する交差方向とに動くことのない前記装置においての固定要素であり、
前記第２機械要素は、前記交差方向において回転しつつ、前記機械方向と前記交差方向との間において前記ウエブを横切るように前進後退運動を反復する可動要素であって、前記前進運動するときには前記機械方向へ走行している前記ウエブに接触しながら前記第１機械要素の前記作用面と協働して前記ウエブに前記超音波処理を施し、前記後退運動するときには前記ウエブから離間することを特徴とする前記装置。
前記第１機械要素の前記作用面は、前記第２機械要素が前記前進後退運動を反復する方向に平行して延びている請求項１記載の装置。
前記第１機械要素がホーンであり、前記第２機械要素がローラー状アンビルである請求項１または２記載の装置。
前記第１機械要素がアンビルであり、前記第２機械要素がローラー状のホーンである請求項１または２記載の装置。
前記ウエブが前記第１機械要素と前記第２機械要素との間に介在する複数枚のウエブであって、前記第１機械要素と前記第２機械要素とが前記複数枚のウエブを溶着するためのものである請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
前記第１機械要素と前記第２機械要素とは、前記第２機械要素が前記前進後退運動を反復する方向において前記ウエブの一部分を溶融しかつ切断する請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
前記アンビルが加熱可能な態様および冷却可能な態様のうちの少なくとも一方の態様にある請求項１〜６のいずれかに記載の装置。