JPH0742639Y2

JPH0742639Y2 - シート材料を超音波的に切断する装置

Info

Publication number: JPH0742639Y2
Application number: JP1989024689U
Authority: JP
Inventors: ヘインヅ・ジョセフ・ガーバー
Original assignee: ガーバー・ガーメント・テクノロジー・インコーポレーテッド
Priority date: 1983-10-19
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2004-03-03
Also published as: GB2148175B; ES8603313A1; DE3437908A1; ES535634A0; DE3437908C2; GB8425997D0; FR2553699B1; US4596171A; JPS6099600A; FR2553699A1; JPH01143384U; GB2148175A

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、織成布、不織布、紙、皮革、合成材料、混成
材料等の柔軟なシート材料を切断するために用いられる
自動制御切断装置に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）自動制御シート材料切断装置における往復動切断刃は、
米国特許第3,495,492号等に開示されるように周知であ
る。切断刃は、典型的には、先鋭な先導刃先を有する薄
く細長い切断刃であり、この種の切断刃は、シート材料
を介して予め定められる切断径路に沿って前進し、同時
にシート材料に対してほぼ垂直方向に往復運動するもの
である。

最近柔軟なシート材料が超音波振動の助けにより遂行で
きることが認識された。ガーバー（Gerber）及びパール
（Pearl）の米国特許第4,373,412号には、シート材料が
切断のため位置決めされる硬い切断表面上を先鋭な円周
刃先を有する切断ホイールが回転するときに、この切断
ホイールに超音波振動を付加する切断機構が開示され
る。超音波振動は、切断刃先と支持表面の間に位置する
シート材料を破砕することにより切断作業を助けるもの
と考えられる。オベーダ（Obeda）の米国特許第3,378,4
29号には、合成繊維で作成された織物材料にスリットを
入れ且つ密封する超音波的に駆動される切断器具が開示
される。

前述の従来の切断器具は、切断作業を遂行するためにシ
ート材料が位置決めされ又は移動される支持表面に対し
て切断刃先を接離させるように振動させる。しかしなが
ら、衣服、室内装飾品、その他の物品の大規模な製造に
際して、シート材料は、通常多層積重ね体の形態で切断
され、超音波的に振動される切断器具と協働するアンビ
ル（anvil;鉄床）として支持表面を使用する考えは用い
られることがなかった。

それ故、本考案の主なる目的は、シート材料の多層積重
ね体を超音波の助けにより切断することのできる自動制
御切断装置を提供することである。

（課題を解決するための手段）本考案は、柔軟なシート材料を多層積重ね体の形態で切
断するための自動制御切断装置に関する。本考案の切断
装置は、多層積重ね体の形態に延展された柔軟なシート
材料を保持する貫通可能な支持表面を限定する支持部、
貫通可能な支持表面及びその上のシート材料に対して相
対的に移動可能に装着される切断ヘッドであって細長い
切断刃及び該切断刃を貫通可能な支持表面に対してほぼ
垂直方向に延びる軸線に沿って往復運動させる往復駆動
機構を備え切断刃が切断作業の間にシート材料と切断係
合して切断径路沿って前進される先鋭な先導刃先を有す
る切断ヘッド、並びに支持部及び切断ヘッドに連結され
予め設定された切断径路に沿って切断刃とシート材料と
を相対的に移動させる被制御モータ機構を具備する。先
導刃先は、ほぼ真直ぐであり、往復運動の軸線に沿って
伸長する。

本考案の改良点は、往復運動機構が切断刃に結合される
駆動リンク機構を有し、駆動リンク機構は、切断刃の往
復運動に超音波振動を付加するための超音波変換器を含
み、超音波変換器が切断刃と協働し多数の節を有する定
常波の形態の超音波振動を生成し、定常波が長手方向に
切断刃に沿って往復運動の軸線の方向に延び、往復運動
機構が切断刃を定常波の節間の距離以上の大きさのスト
ロークで往復運動させる手段を含み切断刃における超音
波振動の節をシート材料の積重ね体中の異なる層の間で
移動させ、それにより超音波の節及び腹の効果をシート
材料の積重ね体中の異なる層の全体に分配することであ
る。

本考案において、切断刃の往復運動は、定常波の節をシ
ート材料の積重ね体の中で確実に上下に移動させ、均一
な切断を行うことができ、更に超音波振動の利点を積重
ね体の各層に充分に付与することができる。

本考案においては、超音波変換器が超音波発生器及び超
音波発生器と切断刃との間に延びる音響インピーダンス
・トランスフオーマから成り、往復駆動機構が駆動リン
ク機構及び切断刃を駆動する偏心盤を含む。

（実施例）第１図は、前述の米国特許第3,495,492号に詳細に開示
される形式の自動制御切断装置を全体的に符号10により
示す。この切断装置10は、その上に延展されるシート材
料の単一層又は多層積重ね体からパターン片を切断する
ために使用される。切断装置10は、制御コンピュータ12
と切断テーブル22を有する数値制御装置であり、この切
断テーブル22は、電気ケーブル14を介してコンピュータ
から伝達される機械コマンドに応答して切断作業を行う
ものである。切断装置10は、衣服、室内装飾品、その他
の物品を作成するためにシート材料からマーカー又は多
数のパターン片を切断することができる。

コンピュータ12は、切断すべきマーカー又はパターン片
の輪郭を画成するプログラムテープ16からデジタル化さ
れたデータを読み取り、切断作業が行われるとき、往復
動切断刃20を誘導するための機械コマンド信号を発生す
る。切断装置の数値制御の実施において、積重ね体上の
切断径路Ｐは、デジタル化処理において位置データ（po
int data）に変換され、この位置データがプログラムテ
ープ16上に記憶される。この位置データは、連続的な配
置において切断径路Ｐに相当する直線又は曲線部分の各
端部位置を実際上限定する。

プログラムテープ16がコンピュータ12に読み取られる前
に、コンピュータは切断テーブル22に特有のサーボ及び
カーブ・アルゴリズムを含むベーシック・マシン・プロ
グラムで固有的に構成されるか、又はマシン・プログラ
ムを受け入れる。マシン・プログラムは、コンピュータ
12により、積重ね体Ｌ内で切断されるべき特別な輪郭を
限定する位置データを切断テーブルに理解できる機械コ
マンドに変換する。この機械コマンドは、積重ね体に対
してプログラム制御された切断径路に沿って切断刃20を
移動させるものである。本考案は、数値制御切断装置に
限定されるものでなくアナログコンピュータとライン追
従子を含むリアルタイム及び前処理プログラムされたデ
ータシステム等を利用することもできる。

切断テーブル22は、第１図に見られるように、切断の間
に積重ね体Ｌを支持する平坦な支持表面を画成する貫通
可能なベッド24を有する。ベッド24は、発泡プラスチッ
クのベッド又は好ましくは剛毛ベッドで構成される。剛
毛ベッドは、切断径路Ｐに沿う切断の間に切断刃20及び
ベッド24を損傷することなく切断刃20により容易に貫通
される。またベッド24は、積重ね体をベッド24に押圧し
堅くするために、米国特許第3,495,492号に詳細に開示
される真空装置を利用することができる。

切断刃20は、Ｘキャリッジ26及びＹキャリッジ28により
ベッド24の支持表面上に懸架される。Ｘキャリッジ26は
１組のラック30、32上で第１図のＸ座標軸方向に往復移
動可能であり、ラック30、32に係合するピニオンは、コ
ンピュータ12からのコマンド信号に応答するＸ駆動モー
タ34により駆動される。Ｙキャリッジ28は、Ｘキャリッ
ジ26に対してＹ座標軸方向に移動し得るようにＸキャリ
ッジ26上に装着され、Ｙ駆動モータ36及びＹ駆動モータ
36とＹキャリッジ28を連結するリードねじ軸38により駆
動される。Ｙ駆動モータ36は、駆動モータ34と同様に、
コンピュータ12からのコマンド信号により励起される。
Ｘキャリッジ26及びＹキャリッジ28の合成運動は、コン
ピュータ12によりプログラムテープ16から読み出される
デジタル化データに応答して行われ、往復動切断刃20を
切断径路Ｐに沿って誘導する。このように切断刃は、シ
ート材料を支持するテーブル上のあらゆる領域に渡って
パターン片を切断するために利用される。

切断刃20は、Ｙキャリッジ28の突出端部に片持梁状に取
り付けられる台枠40からなる切断ヘッドに装着される。

第２図は、切断刃20の装着部を有する切断ヘッドの詳細
を示す。切断ヘッドは、シート材料に係合する下降位置
とシート材料から離脱する上昇位置の間で切断刃20を移
動させる。切断刃20は更にシート材料に対してほぼ垂直
に延びる軸線の回りに回転可能であり、シート材料にお
いてＸ座標軸及びＹ座標軸に対してあらゆる角度で延び
る切断径路に整合するように刃先を方向付けることがで
きる。

切断刃20は、モータ42（第１図）により回転駆動される
偏心盤50を含む往復駆動手段に支持される。偏心盤50
は、偏心した連結ピン52及び切断刃20と連結ピン52の間
を連結する往復駆動リンク機構54を有する。駆動リンク
機構54は、その上方端部で連結ピン52に直接的に連結さ
れ、２個のガイドローラ58と60の間において往復運動の
軸線方向において下方に延びる可撓性リンク56を有す
る。ガイドローラ58、60は、台枠40に固定的に取り付け
られる１対のロッド64、66上を上下に摺動するガイド組
立体62の１部を構成する。ガイド組立体62は、連結リン
ク71と上昇モータ（図示されない）とにより、偏心盤50
及びその駆動モータと同時にロッド64、66に沿って垂直
方向に移動する。ガイド組立体62の垂直方向の移動によ
り、切断刃20はシート材料積重ね体Ｌとの切断係合から
離脱するように上昇し、又はシート材料と切断係合する
ように下降する。Ｙキャリッジ28に対する切断ヘッドの
装着構造及び作動の詳細は、パール（Pearl）米国特許
第4,033,214号を参照することができる。

切断刃20は、モータ20（第１図）を励起させて偏心盤50
を回転させることにより、切断の間に往復運動を行う。
可撓性リンク56の下方部分は、ガイドローラ58、60によ
りほぼ中央位置に保持され、可撓性リンク56の上方部分
は仮想線で示される両極限の間で揺動される。ガイドロ
ーラ58、60は、リンク70及び72の下方端部において調節
可能なキャップねじ74、76によりほぼ中央位置に保持さ
れる。

駆動リンク機構54のスイベルジョイント（swivel join
t;回り継手）80は、可撓性リンク56の下方端部を円筒状
ハウジング82に連結する。円筒状ハウジング82は、支持
軸84の中央孔内で往復動軸線に沿って案内される。支持
軸84の中央孔は切断刃の上方ガイドとして作用する。切
断刃20の中間ガイド86が支持ブラケット88により支持軸
84から垂下される。切断刃20の下方ガイド90が支持ブラ
ケット88の下方端部に保持される１対の支持柱94、96に
より、押え脚部92内に装着される。支持柱94、96は切断
作業の間に押え脚部92をそれ自体の重量により積重ね体
Ｌの上に載置し得るように、支持ブラケット88内で摺動
する。切断刃20の下方ガイド90の機構の詳細は、パール
（Pearl）の米国特許第4,091,701号を参照することがで
きる。

偏心盤50、ガイド組立体62及び切断刃20が上昇され、切
断刃20がシート材料との切断係合から離脱されるとき、
中間ガイド86と支持軸84が切断刃を垂直方向に整合させ
る。偏心盤50、ガイド組立体62及び切断刃20が、切断刃
20をシート材料と切断係合させるように下降させると
き、下方ガイド90が同様に切断刃20の整合を助け、切断
刃に付加される主な切断負荷を吸収する。

切断刃20は、台枠40に装着される方向付けサーボモータ
（図示されない）及び支持軸84の上方端部にキー止めさ
れる駆動プーリ102とサーボモータ間に掛け渡される歯
付き駆動ベルト100により、往復運動軸線に相当する支
持軸84の中心軸線の回りを回動する。このために支持軸
84は、台枠40内でベアリング104、106により支承され、
支持ブラケット88は、中間ガイド86と共に、ロックピン
108により支持軸84の下方端部へピン止めされ、下方端
部に対し相対回転不能にされる。押え脚部92に装着され
る下方ガイド90は、支持柱94、96により、支持ブラケッ
ト88及び中間ガイド86と共に往復運動軸線の回りを回転
する。

このように、切断刃20は、支持軸84を介して往復運動軸
線に沿って往復運動し、そして支持軸84と共に往復運動
軸線の回りを回転する。往復駆動リンク機構54内のスイ
ベルジョイント80は、偏心盤50に対する切断刃の回転運
動を可能にし、同時に往復運動を切断刃に確実に伝達す
る。

本考案の切断装置は、切断ヘッドにおける往復駆動リン
ク機構54内に超音波変換器120を具備する。この変換器
は、往復運動軸線の細長い切断刃20に沿って延びる定常
波の形態の超音波振動を切断刃20内に発生させる。第３
図は、円筒状ハウジング82に包囲される超音波変換器12
0を備える駆動リンク機構の詳細を示す。

超音波変換器120は、固有励起振動数を有するピエゾ超
音波発生器122と音響インピーダンス・トランスフォー
マ即ちホーン126から成る。超音波発生器122は、導体12
4を介して、例えば30,000サイクルのような、超音波帯
域の高周波数パルス列によって励起される。音響インピ
ーダンス・トランスフォーマ即ちホーン126は、発生器1
22を切断刃20の上方端部に連結する。切断刃20とホーン
126間の連結は、振動エネルギがホーン126と切断刃20の
接合面を介して大きく減衰することなく確実に伝達され
るように、堅固にねじ結合される。超音波発生器をピエ
ゾ素子で形成することは必ずしも必須ではなく、必要に
応じて、等価の磁歪形又は動電形（electrodynamic）発
生器を用いることもできる。

超音波変換器120は、第３図に示されるように、ホーン1
26と切断刃20内に固有振動数の定常波Ｗを発生させる。
理論的に定常波Ｗは、実線で示される伝導波と破線で示
される反射波からなる。定常波Ｗは、機械的構造体内で
往復移動する圧縮波として発生される構造的振動を呈
し、図示される波の振幅に比例する機械振動を生じる。
定常波において振動の節と腹がホーンと切断刃の長さに
沿って分布することが理解されるであろう。定常波の節
の間の間隔は、定常波が通過する金属内の超音波振動の
波長により決定される。カーバイト鋼（超硬鋼）の場合
には、30,000サイクル（cps）又はそれ以上の超音波振
動は、切断刃の長さに沿って数インチ又はそれ以上毎に
節を発生させる。従って、約13cm又は約15cm（five or
six inches）の長さを有する切断刃の場合には、第３図
に示されるように、切断刃の長さに沿って数個の節が現
れる。

切断刃に沿う定常波Ｗの節と腹は、シート材料内の圧縮
点と膨張点に相当し、圧縮と膨張により生じる切断刃先
における微小な運動は、切断刃が柔軟なシート材料の積
重ね体Ｌを介して切断径路に沿って前進するときシート
材料の切断を助ける。振動に伴う運動は、往復運動の相
当に大きなストロークに比べて極めて小さい。切断刃の
性能を改善するために超音波を使用するという考えは、
米国特許第3,086,288号、米国特許第3,610,080号、米国
特許第3,817,141号に開示されるように、当該技術分野
において周知であるが、シート材料の多層積重ね体の切
断に超音波の考えを応用することにおける困難性の１つ
は、切断刃20の先鋭な先導刃先134に沿う節が先導刃先
の微小な変位と協働し、特に腹が位置する積重ね体の各
層での切断よりも節が位置する積重ね体の各層での切断
が効果的でなくなることである。

本考案においては、切断刃先内の圧縮波により生じる超
音波振動が、切断刃の往復運動に付加され、節と腹は積
重ね体の相異なる層間で垂直方向に移動され、それ故、
積重ね体の特定の層が連続的に微小な振動に曝されるこ
とがない。その結果、節と腹の影響が積重ね体の多数の
層に渡って全般的に分配される。

節の影響が積重ね体を通して充分に分配されることを確
実にするために、切断刃のストロークＳと超音波振動の
波長とを相互に関連させることが望ましい。例えば第３
図に示されるように、切断刃のストロークＳは、定常波
Ｗの節間の距離とほぼ同じ大きさに形成される。このよ
うな環境において、節と腹は積重ね体内のそれらの通常
の位置から波長の1/4に等しい量だけ上下に移動され、
それ故に積重ね体の各層は節と腹の両方に関連する超音
波振動に曝される。このような条件において積重ね体の
全体にわたる超音波振動の最も効果的な分配が達成され
る。勿論切断刃の往復運動に超音波振動を付加すること
は、その他の波長とストロークの関係においても効果的
である。

超音波発生器122は、ヤッケ（Jacke）等の米国特許第3,
328,610号に開示される音波発生器の形態でも良い。こ
の種の発生器は、スミス・クライン・ウルトラソニック
・プロダクツ社（Smith Kline Ultrasonic Products of
Newtown Connecticut）その他の企業から商業的に入手
できる。

往復駆動リンク機構54内への超音波変換器120の装着
は、この技術分野において公知の技術を用いて行うこと
ができる。特に音響インピーダンス・トランスフォーマ
即ちホーン126は波長の1/2に等しい長さを有し、超音波
発生器122はホーン126と切断刃20に結合されており、節
は超音波発生器122と切断刃20との中間で縦方向の位置
に存在する。偏心盤50により駆動される残りのリンクと
円筒状ハウジング82内へ伝播される超音波振動が最小で
あるので、節の点は、円筒状ハウジング82内の変換器12
0のための望ましい結合又は装着点になる。従ってこの
ような構造により切断ヘッドのその他の機械的な構造へ
の超音波振動の伝播が最小であり、変換器からのエネル
ギの伝播は切断刃20内で最大になる。

本考案の好ましい実施例が説明されたが、本考案の精神
から逸脱することなく種々の修正及び置換を行い得るこ
とが理解されよう。前述のように超音波振動を発生させ
る発生器は、ピエゾ、動電形又は磁歪形のいずれかで形
成することができる。超音波発生器は、音響インピーダ
ンス・トランスフォーマにより節点に装着することが望
ましいが、その他の装着構造を用いることもできる。切
断刃を往復運動させるための図示される駆動リンク機構
は、典型的な１例であり、例えば米国特許第4,048,891
号に示されるような他のリンクも切断刃の作用を改善す
べく超音波変換器と共に用いられ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の切断装置が用いられる自動制御切断装
置の斜視図であり、第２図は細長い切断刃及び切断刃を
往復運動させる駆動手段を示す第１図の切断装置の切断
ヘッドの立面図であり、第３図は切断刃及び切断刃に定
常波を形成する超音波発生器を示す拡大された部分図で
ある。 10……切断装置、12……コンピュータ、20……切断刃、
22……切断テーブル、24……ベッド（支持部）、26……
Ｘキャリッジ、28……Ｙキャリッジ、34……Ｘ駆動モー
タ、36……Ｙ駆動モータ、50……偏心盤（往復駆動機
構）、52……連結ピン、54……駆動リンク機構、56……
可撓性リンク、58、60……ガイドローラ、62……ガイド
組立体、64、66……ロッド、70、71、72……リンク、82
……円筒状ハウジング、84……支持軸、86……中間ガイ
ド、88……支持ブラケット、90……下方ガイド、92……
押え脚部、94、96……支持柱、102……プーリ、120……
超音波変換器、122……超音波発生器、126……ホーン
（音響インピーダンス・トランスフォーマ）、134……
切断刃先、Ｌ……積重ね体、Ｓ……ストローク、Ｗ……
定常波。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特公昭51−45113（ＪＰ，Ｂ１) 日本機械学会論文集、第４部、25巻154 号、昭34．６．隈部、高橋、Ｐ．472〜478

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】柔軟なシート材料を自動的に切断する切断
装置において、多層積重ね体（Ｌ）の形態に延展された
柔軟なシート材料を保持する貫通可能な支持表面を限定
する支持部（24）、貫通可能な支持表面及びその上のシ
ート材料に対して相対的に移動可能に装着され細長い切
断刃（20）を有する切断ヘッド、並びに支持部（24）と
切断ヘッドに連結され予め設定された切断径路（Ｐ）に
沿って切断刃（20）とシート材料とを相対的に移動させ
る被制御モータ機構（26、28）を具備し、切断ヘッドは、貫通可能な支持表面に対してほぼ垂直方
向に延びる軸線に沿って切断刃（20）を往復運動させる
往復運動機構（50、52、54、56）を備え、切断刃（20）
は、往復運動の軸線の方向に伸長するほぼ真直な且つ先
鋭な先導刃先を有し、切断作業の間にシート材料と切断
係合して切断径路に沿って前進され、往復運動機構は、
切断刃に結合される駆動リンク機構（54）を有し、該駆
動リンク機構（54）は、切断刃の往復運動に超音波振動
を付加するための超音波変換器（120）を含み、超音波
変換器が切断刃と協働し多数の節を有する定常波の形態
の超音波振動を生成し、定常波が長手方向に切断刃に沿
って往復運動の軸線の方向に延び、往復運動機構は、切
断刃を定常波の節間の距離以上の大きさのストロークで
往復運動させる手段を含み、切断刃における定常波の節
をシート材料の積重ね体中の異なる層の間で移動させ、
それにより定常波の節及び腹の効果をシート材料の積重
ね体中の異なる層の全体に分配することを特徴とする切
断装置。
【請求項２】実用新案登録請求の範囲第１項に記載の切
断装置において、超音波変換器（120）は、超音波発生
器（122）及び超音波発生器と切断刃との間に延びる音
響インピーダンス・トランスフォーマ（126）から成る
ことを特徴とする切断装置。
【請求項３】実用新案登録請求の範囲第１項に記載の切
断装置において、往復運動機構は、駆動リンク機構（5
4）及び切断刃を駆動する偏心盤（50）を含むことを特
徴とする切断装置。