JP6042350B2 - 放射状羽根及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、３６０度型歯ブラシのブラシヘッドや清掃用ブラシ、工業用ブラシなどとして使用される円筒状ブラシに用いられるディスク型の放射状羽根及びその製造方法に関する。

歯ブラシの一種として、特許文献１に記載されるような３６０度型歯ブラシが知られている。この歯ブラシは、ブラシハンドルの先端部に円筒形状のブラシヘッドを有している。円筒形状のブラシヘッドは、ディスク型の放射状羽根を中心軸方向に積層することより構成されている。ディスク型放射状羽根の従来構造を図１１（ａ）（ｂ）に示す。

ディスク型の放射状羽根１は、内側をブラシハンドルの先端部が貫通するディスク状の環状コア部２と、環状コア部２の周方向全域から多数本の糸材２１が外周側へ延出して形成された放射状の羽根部３とからなる。環状コア部２は、多数本の糸材２１を結合する溶着部であり、その内側はハンドル挿通用の貫通孔４である。特許文献１に記載された放射状羽根１では、ブラシヘッドにおける中心軸方向の植毛密度を小さくするために、環状コア部２の両面に環状突起５が一体成形されて所謂ボス部を形成している。

このような放射状羽根を製造する方法としては、これまでは特許文献１〜３に記載されているとおり、基本的に同一原理に基づくものが採用されていた。その製造原理を図１２により説明する。放射状羽根の製造装置は、ナイロン樹脂系の糸材２１を束ねて形成された糸束２０から放射状羽根１を製造する。この製造のために、製造装置は水平な加工ベッド３０と、そのベッド上に設けられた円柱状の溶着ヘッド４０とを備えている。

加工ベッド３０には、糸束２０が通過する垂直な貫通孔３１が設けられている。円柱状の溶着ヘッド４０は、加工ベッド３０の貫通孔３１上に同心状に垂直配置されており、図示されない駆動機構により中心軸方向に昇降駆動される。この溶着ヘッド４０は超音波振動による溶着を行う溶着ホーンであり、図示されない振動子により発振駆動される。溶着ヘッド４０の円形の先端面は溶着面４１である。

放射状羽根１の製造では、まず、加工ベッド３０上の溶着ヘッド４０が上方の退避位置にある状態で、糸束２０が加工ベッド３０の貫通孔３１を通って加工ベッド３０の上に所定量突出する。糸束２０の押し上げは、加工ベッド３０の下に設けられた図示されない押し上げチャックにより行われる。糸束２０の突出量は、製造する放射状羽根１の半径に応じて設定される。

糸束２０が加工ベッド３０の上に所定量突出すると、溶着ヘッド４０が上方の退避位置から、振動しながら下降することにより、突出部を形成する糸材２１が、溶着ヘッド４０の先端部により周囲へ均等に押し広げられる。溶着ヘッド４０が更に下降を続けることにより、最終的には、溶着ヘッド４０の溶着面４１により、放射状に開いた糸材２１の中心部周囲が、加工ベッド３０表面の貫通孔３１周囲に押し付けられる。これにより、糸束２０の突出部における糸材２１は、周囲へ直角に折れ曲がり、放射状に開くと共に、放射状に開いた糸材２１の中心部周囲が、溶着ヘッド４０先端の溶着面４１により溶着される。また、放射状に開いた糸材２１の中心部も、中心部周囲からの伝熱により溶着が進み、最終的には溶着固化部２５となる。

放射状に開いた糸材２１の中心部周囲が溶着されると、その環状溶着部２２が内側の糸束部分から分離される。これにより、完成した放射状羽根１が糸束２０から分離され、環状溶着部２２が放射状羽根１におけるディスク状の環状コア部２となる。また、糸束２０の先端部に形成された溶着固化部２５は、完成した放射状羽根１の分離後、次の放射状羽根１の製造に備えて切断除去される。

特許文献１に記載された製法では、放射状に開いた糸材２１の中心部周囲の溶着中（環状溶着部２２の形成中）に、ブラシヘッドにおける中心軸方向の植毛密度を小さくするためのボス部（環状突起５，５）が、溶融材料の流動により一体的に成形される。また、特許文献３に記載された製法では、放射状に開いた糸材２１の中心部周囲の溶着中に、糸束２０のガイドを兼ねる円筒状の分離治具により、放射状に開いた糸材２１の中心部周囲と中心部が成形分離され、製造工数の削減、製造時間の短縮が図られる。

一方、特許文献２に記載された製法では、完成した放射状羽根１の羽根部３における糸材の密度を大きくするため、及び環状コア部２の機械的強度を高めるために、完成された放射状羽根１を加工ベッド３０上の定位置に固定したまま、環状コア部２の内側に形成された貫通孔４を通して再度糸束２０を放射状羽根１の上に突出させ、その糸束２０を再度周囲へ開いて中心部周囲を環状に溶着し、その環状溶着部２２の内側を分離する。こうすることにより、環状コア部２で一体化した二重構造（２枚重ね）の放射状羽根１が製造される。

しかしながら、いずれの製法においても、加工ベッド３０上で放射状羽根１が製造される毎に、放射状羽根１から分離された糸束２０の先端部が溶着固化部２５となり、次の放射状羽根１の製造に際しての障害となるために切断除去される。除去部の長さは余裕を見越して３ｍｍ前後に達し、これによる糸束２０のカットロスが、製造コストを上昇させ、製造コスト引き下げの大きな障害となっている。特許文献３に記載された二重構造の放射状羽根１の場合は、１枚の放射状羽根１を製造するごとに２つの除去部が発生するために、１枚あたりの糸束２０のカットロスは数ｍｍにもなる。

放射状羽根１における貫通孔４の内径は、基本的に糸束２０の外径に一致する。貫通孔４の内径をこれより大きくすることも可能であるが、その場合は環状溶着部２２（環状コア部２）をより大きく除去することが必要になり、糸束２０の溶着部分離に伴うカットロスが更に増加することになる。

また、製造された放射状羽根１の環状コア部２は、糸材２１が超音波溶着により形成されたものであるから薄く、しかも硬いため（弾性がないため）、コア部内径（内側の貫通孔径）がハンドルの軸部の外径に対して小さいと、放射状羽根１を軸部に嵌合させるときに作業が困難となるだけでなく、環状コア部２が容易に破断する。反対に、環状コア部２の内側に形成される貫通孔４（ハンドル挿通孔）の内径が大きい場合は、放射状羽根１が軸部に固定されず、使用時の空転等が問題になる。

この結果、環状コア部２の内径に厳密な精度が要求され、精度不良品が多くなることにより、放射状羽根１の製造コストが上昇する。

特許第４０００３５５号公報 特許第４６７３８０２号公報 特許第４７５６６１６号公報

本発明の目的は、貫通孔の内径を自在に設定でき、しかも、その内径の大きさに関係なく糸束のカットロスを可及的に少なくできる経済性に優れた放射状羽根、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、前記カットロスと共に、それ以外の製造コスト引上げ要因をも取り除いた一層経済的で、しかも高機能な放射状羽根、及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者らは従来とは全く異なる発想に基づく放射状羽根の構造及び製法を案出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、従来の放射状羽根の製造においては、二重構造の放射状羽根は２枚分というように最小単位枚数ごとに糸束の突出量を決め、突出部の基端側を起点として糸束を放射状に開いた後、基端部を溶着し、溶着部において糸束から羽根を分離していた。その結果、最小単位枚数ごとに糸束の溶着部分離に伴うカットロスが不可避的に生じていた。

そこで本発明者らは、放射状羽根における羽根部の糸材密度としては二重構造（２枚重ね）が適正であることに着目して、２枚分の長さの糸束の長手方向中間部を折り返し部として、その折り返し部両端側の糸束を、中心部に空間を残して放射状に開いて重ね合わせ、中心部の空間周囲、特に中心部の空間周囲に形成される環状の折り返し部より外側を環状に溶着する製法を考え出した。この製法によると、二つ折りにされた多数本の糸材が中心部の空間周囲に放射状に並ぶ。より詳しくは、内周部で立体的に重なり合った多数本の糸材が外周側へ向かうにつれて周方向に分散し平面的になる。そして、内周部で立体的に重なり合った多数本の糸材が環状に溶着されることにより一体化し、二重構造（２枚重ね）の放射状羽根となる。

この折り返し製法によるならば、糸束溶着部での羽根分離工程が存在しないため、１本の連続した糸束から糸材密度の大きい二重構造（２枚重ね）の放射状羽根が、糸束の溶着部分離に伴うカットロスを生じることなく製造される。すなわち、２枚分に相当する長さの糸束の長手方向中間部を環状の折り返し部として、内周部を溶着することにより、成形され放射状羽根の糸束からの分離作業が不要となり、糸束の溶着部分離に伴うカットロスは全く発生しないのである。また、中心部の空間の大きさは任意に設定可能であり、その大小が前記カットロスに影響を及ぼすこともない。

中心部の空間周囲における環状溶着部に関しては、当初は折り返し部の内周縁まで完全に溶着し、その結果、環状溶着部が中心部の空間に接していたが、その後の溶着位置を検討する過程で、特に、環状折り返し部より外周側を環状に溶着し、中心部の空間周囲に環状折り返し部を残した場合は、その環状折り返し部は、中心側へ凸のアーチ形の断面形状を有した厚くて弾性を残すボス部となり、機能的に優れたスライド部及びグリップ部を兼ねることになることが判明した。

すなわち、環状溶着部内側に残された環状折り返し部は、未溶着部乃至は不完全溶着部である上に、糸束を形成する糸材が、弾性により丸く湾曲することにより形成されているため、環状折り返し部は外側の環状溶着部より厚くなり、しかも環状溶着部より大きな弾性を残すことになる。また、環状折り返し部の内周面では、糸材が中心軸方向を向いている。これらのために、環状折り返し部は、有効なボス部となってブラシヘッドにおけるスペーサ機能を果すだけでなく、放射状羽根を破断が生じることなく軸にきつく嵌合させることができる。その結果として、折り返し部内側の貫通孔の内径誤差に対する許容度が増大する。

かくして、厚くて弾性を残したアーチ形状のボス部により、完成した放射状羽根を軸に押し込んだとき、少々タイトでもスムーズに押し込まれ、その際、環状溶着部が破断する危険性は極めて少なく、しかも一旦押し込まれ嵌合した放射状羽根は軸から抜けにくく、周方向の回転もしにくくなるのである。

以上のように、本発明者らが創出した折り返し製法によるならば、放射状羽根の羽根部における糸材密度の適正化、及びブラシヘッドにおける中心軸方向の植毛密度の適正化が図られつつ、製造コストの上昇要因が効果的に取り除かれる。また、糸束の長さ及び折り返し部の位置の選択、更には中心部の空間内径の選択により、様々なサイズ及び形状の放射状羽根の製造が可能である。

本発明の放射状羽根はかかる知見に基づいてなされたものであり、中心部に貫通孔が設けられたディスク状で環状のコア部の周方向全域から多数本の糸材が外周側へ延出して放射状の羽根部を形成したディスク型の放射状羽根であって、連続した１本の糸束の長手方向中間部を折り返し部として、その折り返し部両端側の糸束が中心部に空間を残して放射状に開いて重ね合わされると共に、前記中心部の空間周囲が環状に溶着されて前記コア部を形成していることを構成上の特徴点とし、前記中心部の空間周囲に形成される環状の折り返し部より外側が環状に溶着されて前記コア部を形成する構成が特に好ましい。

本発明の放射状羽根においては、中心部の空間が貫通孔となり、その貫通孔の周囲に環状コア部を介して放射状の羽根部が形成され、好ましくは、貫通孔の周囲に断面がアーチ状の環状折り返し部が形成され、その更に外側に環状コア部を介して放射状の羽根部が形成される。

ここで、環状折り返し部は、その外側を溶着されているので未溶着部乃至は不完全溶着部である。また、糸束を形成する糸材が完全に折り曲げられているわけではなく、その糸材の弾性によりアーチ状に湾曲している。これらのため、環状折り返し部は、厚みのあるボス部となる。しかも、溶着部である環状コア部より大きな弾性を残しているため、放射状羽根を軸に嵌め込んだときに羽根を固定するグリップ部にもなる。更に、環状折り返し部内面における糸材の向き起因して、効果的なスライド部にもなる。更に又、内側の環状コア部に対する効果的な補強部にもなる。更に言えば、環状コア部を溶着成形する際に溶着が両面側から行われると共に、加圧力を集中させやすいために、材料溶融が進み、環状コア部自体の機械的強度も大きい。

これから分かるように、本発明の放射状羽根において最も重要な構成は、糸束の中間部で折り返して両側に羽根が形成されること、これに伴って、羽根中心部の貫通孔周囲に環状折り返し部が形成されることであり、特に当該貫通孔に面して、未溶着部乃至は不完全溶着部からなる厚肉の環状折り返し部が形成されていることである。この環状折り返し部の厚さ硬さは、溶着位置の変更、糸材の太さ及び本数等により調整が可能である。

また、本発明の放射状羽根製造方法は、中心部に貫通孔が設けられたディスク状で環状のコア部の周方向全域から多数本の糸材が外周側へ延出して放射状の羽根部を形成したディスク型放射状羽根の製造方法であって、連続した１本の糸束の長手方向中間部を折り返し部として、その折り返し部の一端側の糸束を、折り返し部を起点として且つ中心部に空間を確保した状態で周囲へ放射状に開く第１開放工程と、周囲へ放射状に開いた一端側の糸束を、中心部の空間周囲で環状に溶着する第１溶着工程と、前記折り返し部の他端側の糸束を、前記折り返し部を起点として且つ中心部に空間を確保した状態で周囲へ放射状に開く第２開放工程と、周囲へ放射状に開いた他端側の糸束を、中心部の空間周囲で環状に溶着する第２溶着工程とを含んでおり、溶着部での羽根分離を行うことなく効率的に放射状羽根の製造を行うことができる。

特に、第１溶着工程及び第２溶着工程において、周囲へ放射状に開いた両端側の糸束を、中心部の空間周囲に形成された環状の折り返し部より外側で環状に溶着するするならば、貫通孔周囲に厚くて弾性を残したボス部、スライド部及びグリップ部を兼ねる環状折り返し部が残り、糸束の溶着部で羽根を分離する工程なしで、上述した高機能の放射状羽根を製造することが可能となる。

本発明の放射状羽根製造方法においては、通常は各工程を第１開放工程、第１溶着工程、第２開放工程、第２溶着工程の順に段階的に行うが、第１開放工程と第２開放工程とを同時に実施し、第１溶着工程と第２溶着工程とを同時に実施してもよい。すなわち、１本の糸束を折り返し部の両端側で段階的に加工してもよいが、同時に対称的に加工してもよいということである。

第１開放工程において糸束の中心部に空間を確保するために、その中心部に予め棒状物を挿入しておくのがよい。また、糸束の開放には、第１溶着工程に使用する溶着ホーンを使用するのが合理的である。糸束の開放に溶着ホーンを使用する場合、その溶着ホーンの先端面から棒状物を突出させておくのがよい。そうすることにより、第１開放工程と第１溶着工程を連続して行うことができる。棒状物を溶着ホーンに取付ける場合、棒状物が溶着ホーンと共振するのを防止するために、その棒状物は溶着ホーンから独立した別体物とするのがよい。棒状物が溶着ホーンと共振すると、折り返し部が内側から溶着され、放射状羽根の貫通孔周囲に厚くて弾性を残したボス部、スライド部及びグリップ部を兼ねる環状折り返し部を残すのが困難になる。

第１開放工程、第１溶着工程、第２開放工程、第２溶着工程の順に段階的に行う場合は、第１溶着工程の他、これに続く第２開放工程及び第２溶着工程においても、第１開放工程において中心部に確保された空間を維持することが必要であり、これにも棒状物を使用するのが合理的である。その棒状物が第２溶着工程に使用される溶着ホーンに取付けられる場合は、その溶着ホーンから独立した別体物とするのがよい。

第１溶着工程に使用する溶着ホーンの先端面から棒状物を突出させた場合、その棒状物は第２開放工程及び第２溶着工程において、第１開放工程において中心部に確保された空間の維持に利用可能である。その場合は両ホーンを接近させることになるため、第２溶着工程に使用される溶着ホーンの先端面に、棒状物が挿入される逃げ部を形成しておく必要がある。

この逃げ部は、第１開放工程と第２開放工程とを同時に実施し、第１溶着工程と第２溶着工程とを同時に実施する場合にも有効である。なぜなら、この場合も両ホーンを接近させることになるからである。

放射状羽根の貫通孔周囲に厚くて弾性を残したボス部、スライド部及びグリップ部を兼ねる環状折り返し部を残すためには、第１溶着工程及び第２溶着工程に使用する溶着ホーンの先端面の環状折り返し部に対応する部分（中心部周囲）に逃げ部を形成しておくのが、製法上、装置構成上、簡単で好ましい。

本発明の放射状羽根は、中心部の貫通孔周囲で糸材を放射状に折り返して溶着した構成のため、羽根部における糸材密度を２枚重ねの放射状羽根と同じにできる上に、糸束の溶着部での羽根分離に伴うカットロスを生じることなく製造でき、製造コストの低減を可能にする。また、貫通孔の大きさを任意に設定でき、その設定がカットロス、ひいては製造コストに影響を及ぼすことがない。

特に、中心部の貫通孔周囲に、当該貫通孔に面して、未溶着部乃至は不完全溶着部からなる厚肉アーチ状の環状折り返し部を残した構成の場合は、第１に、糸束の溶着部分離に伴うカットロスを生じることなく製造され、製造コストの低減を可能にする。第２に、羽根部における糸材密度を２枚重ねの放射状羽根と同じにできる。第３に、厚みのあるボス部を簡単に形成することができ、中心軸方向に重ね合わせてブラシヘッドとしたときの軸方向における植毛密度の広範囲の調節を可能にする。第４に、当該放射状羽根が嵌め込まれる軸にきつく固定され、その空転を防止できる。第５に、貫通孔の内径精度についての許容度を増大させると共に、内側の環状コア部の補強に寄与するので、不良品の発生頻度を低下させることができ、この点からも製造コストの低減を可能にする。

そして、本発明の放射状羽根製造方法は、このような放射状羽根を、糸束の溶着部での羽根分離を行うことなく効率的に製造することができる。

本発明の放射状羽根の一例について、その構造を示す平面図（ａ）、立面図（ｂ）及び縦断図（ｃ）であり、縦断図（ｃ）は図１中のＡ−Ａ線断面矢示図に相当する。 本発明の放射状羽根の他の例について、その構造を示す縦断図であり、図１中のＡ−Ａ線断面矢示図に相当する。 本発明の放射状羽根の更に他の例について、その構造を示す縦断図であり、図１中のＡ−Ａ線断面矢示図に相当する。 本発明の放射状羽根製造方法の一例について、その製造に適した製造装置の構成図である。 同製造装置を用いた製造方法の第１工程説明図である。 同製造方法の第２工程説明図である。 本発明の放射状羽根製造方法の他の例について、その製造に適した製造装置の構成図である。 同製造装置を用いた製造方法の工程説明図である。 本発明の放射状羽根製造方法の他の例について、その製造に適した製造装置の構成図である。 同製造装置を用いた製造方法の工程説明図である。 従来の放射状羽根の構造を示す平面図（ａ）及びＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。 従来の放射状羽根製造方法の説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の放射状羽根は、３６０度型歯ブラシのハンドル先端部に装着される円筒形状のブラシヘッドに使用されるものである。すなわち、３６０度型歯ブラシにおけるブラシヘッドは、歯ブラシに使用されるナイロン樹脂系の糸材を加工して形成されたディスク型の放射状羽根を、中心軸方向に所定枚数重ね合わせることにより構成されるが、本実施形態の放射状羽根は、このブラシヘッドを構成するディスク型の放射状羽根に使用されるものである。

図１（ａ）〜（ｃ）に示した放射状羽根１０は、２枚の放射状羽根１０ａ，１０ｂを溶着部で一体化して重ね合わせた二重構造羽根であり、多数本の糸材の束（糸束）から形成されている。放射状羽根１０の中心部には、ブラシハンドルの先端軸部が貫通する円形の貫通孔１１が設けられている。貫通孔１１の周囲には、両面側へドーム状に突出し内面側へアーチ状に突出した環状折り返し部１２が、貫通孔１１に接して形成されており、環状折り返し部１２の更に外側には、糸材２１の溶着により形成された薄い環状の板体からなる高強度の環状コア部１３が設けられている。環状コア部１３からは多数本の糸材２１が周方向に均一な密度で放射状に延出して環状の羽根部１４を形成している。羽根部１４を構成する糸材２１は、毛足の長い一方の放射状羽根１０ａのものと、毛足の短い他方の放射状羽根１０ｂのものとが同数混在している。

放射状羽根１０における糸材２１の本数は周方向で同じである。このため、糸材２１は内周部、特に環状コア部１３より内側の環状折り返し部１２では立体的に密集しており、環状コア部１３より外側の羽根部１４では平面的となって外周側へ向かうにつれて周方向に分散する。

図４に示した製造装置は、この放射状羽根１０を製造するものであり、併設された第１溶着ユニット５０及び第２溶着ユニット６０、並びに両者間で共用されるクランパーユニット７０及びその水平移動のために両者間に跨がって架設されたクランパー搬送ユニット７１を備えている。クランパーユニット７０は、分割開閉式のクランパー７２を有しており、これを合体、分離することにより、放射状羽根の製造素材である糸束２０の拘束、解放を行う。クランパー搬送ユニット７１は、クランパーユニット７０の水平移動により、第１溶着ユニット５０から第２溶着ユニット６０への材料搬送を行う。

第１溶着ユニット５０は、二重構造の放射状羽根１０における１枚目の放射状羽根１０ａの形成を行う。この第１溶着ユニット５０は、クランパー搬送ユニット７１を挟んでその上下に同心状に配置された糸送りユニット５１、第１加工台座５２、及び第１溶着ホーン５３を有している。クランパー搬送ユニット７１の上方に配置された糸送りユニット５１は、ナイロン樹脂系の糸材２１を束ねて形成された糸束２０を下方へ所定量ずつ送り出す。糸送りユニット５１とクランパー搬送ユニット７１との間に配置された第１加工台座５２は、糸送りユニット５１により下へ送り出された糸束２０を上から下に通す貫通孔５２ａを有している。クランパー搬送ユニット７１の下方に配置された第１溶着ホーン５３は、円柱形状をした上向きの超音波振動子であり、図示されない駆動装置により上下に昇降駆動される。

第１溶着ホーン５３の円形の上端面は溶着面５３ａであり、より詳しくは、中心部の棒状凸部５３ｂ及びその外側の環状凹部５３ｃを除く環状部分が溶着面５３ａである。すなわち、第１溶着ホーン５３の円形の上端面には、細い丸棒状の棒状凸部５３ｂが中心部に位置して設けられると共に、その棒状凸部５３ｂを包囲するように環状凹部５３ｃが設けられており、その環状凹部５３ｃの外側の環状上端面が溶着面５３ａである。

棒状凸部５３ｂは、放射状羽根１０の貫通孔１１を形成するためのものであり、糸束２０の太さ（第１加工台座５２における貫通孔５２ａの内径）より十分に小さい外径を有し、放射状に開いた糸束２０の中心部に円形の空間を形成する。そして、この棒状凸部５３ｂは、第１溶着ホーン５３との共振防止のために、第１溶着ホーン５３の中心部に設けられた貫通孔を挿通する丸棒状の別部材の先端突出部により構成されている。環状凹部５３ｃは、放射状羽根１０の環状折り返し部１２、特に１枚目の放射状羽根１０ａの側に環状折り返し部１２を形成するための逃げ部である。

第２溶着ユニット６０は、二重構造の放射状羽根１０における２枚目の放射状羽根１０ｂの形成を行う。この第２溶着ユニット６０は、クランパー搬送ユニット７１を挟んでその上下に同心状に配置された第２溶着ホーン６１、第２加工台座６２、及び糸束開放に使用される垂直なガイドピン６３を有している。クランパー搬送ユニット７１の上方に配置された第２溶着ホーン６１は、円柱形状をした下向きの超音波振動子であり、図示されない駆動装置により上下に昇降駆動される。

第２溶着ホーン６１の円形の下端面は溶着面６１ａであり、より詳しくは、中心部の細長い円形凹部６１ｂ、及びその外側の浅い環状凹部６１ｃを除く環状下端面が溶着面６１ａである。円形凹部６１ｂは上昇するガイドピン６３を受け入れる逃げ穴であり、ガイド穴である。環状凹部６１ｃは放射状羽根１０の環状折り返し部１２、特に２枚目の放射状羽根１０ｂの側に環状折り返し部１２を形成するための逃げ部である。

クランパー搬送ユニット７１の下方に配置された第２加工台座６２は、ガイドピン６３が挿通する貫通孔６２ａを有している。第２加工台座６２の加工面である上面には、環状凹部６２ｂが貫通孔６２ａを包囲するように設けられている。環状凹部６２ｂは放射状羽根１０の環状折り返し部１２、特に１枚目の放射状羽根１０ｂの側に形成された環状折り返し部１２を収容する逃げ部である。ガイドピン６３はその駆動装置６３ａにより上下方向に昇降駆動され、上方へは第２加工台座６２の上面より上方まで駆動されることにより、２枚目の放射状羽根１０ｂの形成過程で糸束２０の中心部に挿入され、羽根中心部に空間を確保すると共に、下降する第２溶着ホーン６１の案内を行う。

次に、図４に示した製造装置により、図１に示した放射状羽根１０を製造する方法について、図５（ａ）〜（ｇ）及び図６（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。

放射状羽根１０の製造では、まず図５（ａ）（ｂ）に示すように、糸送りユニット５１により糸束２０が第１加工台座５２の貫通孔５２ａを通って第１加工台座５２の下まで送り出される。第１加工台座５２の下へ送り出される糸束２０の長さは、１枚目の放射状羽根１０ａの製造に必要な量である。

糸束２０の送り出しが終わると、図５（ｃ）に示すように、第１溶着ホーン５３が超音波振動しながら下方の退避位置から上昇を始め、第１加工台座５２の下へ送り出された糸束２０の糸材２１を周囲へ開く。更に第１溶着ホーン５３が上昇を続けると、糸材２１が更に周囲へ開き、最終的には、図５（ｄ）に示すように、周囲へ開いた糸材２１が第１溶着ホーン５３の環状の溶着面５３ａにより第１加工台座５２下面の貫通孔５２ａ周囲に押し付けられる。

第１溶着ホーン５３の溶着面５３ａによる押し付けにより、糸束２０の送り出し部における糸材２１は、周囲へ完全に開き放射状になる。同時に、第１溶着ホーン５３が超音波振動していることから、第１溶着ホーン５３の溶着面５３ａにより押圧された放射状の糸材２１の中心部近傍、すなわち第１溶着ヘッド５３の環状の溶着面５３ａと貫通孔５２ａ周囲の第１加工台座５２表面との間に挟まれた環状部分が溶着され、環状溶着部２２ａとなる。

このとき、第１溶着ホーン５３の上端面中心部に設けられた棒状凸部５３ｂは、糸束２０の開放過程の最終段階で、且つ溶着が始まる前に糸束２０の中心部に挿入され、糸束２０の中心部に円形の空間を確保した状態で溶着を行わせる。棒状凸部５３ｂは又、第１溶着ホーン５３から独立した別部材とされて第１溶着ホーン５３との共振を阻止されているため、周囲へ放射状に開いた糸材２１の前記空間と接する部分の溶着を防止する。また、環状凹部５３ｃは、周囲へ放射状に開いた糸材２１の内縁部（前記空間の近傍）が溶着されるのを阻止して、環状折り返し部１２の形成に寄与する。こうして、１枚目の放射状羽根１０ａの形成が終わる。

第１溶着ヘッド５３による溶着が終わり、１枚目の放射状羽根１０ａの形成が終わると、図５（ｅ）に示すように、第１溶着ホーン５３が下降すると共に、再度糸送りユニット５１により糸束２０が第１加工台座５２の下へ送り出される。第１加工台座５２の下へ送り出される糸束２０の長さは、２枚目の放射状羽根１０ｂの製造に必要な量である。

糸束２０の送り出しが終わると、図５（ｆ）に示すように、両側の退避位置にあった分離状態のクランパー７２が再度、合体位置へ移動し、第１加工台座５２の下へ送り出された糸束２０を拘束する。この状態で図５（ｇ）に示すように、カッターユニット１００により、糸束２０が第１加工台座５２の下面に沿って切断される。

糸束２０の切断が終わると、クランパー７２が糸束２０を拘束したまま、クランパーユニット７０が第１溶着ユニット５０から第２溶着ユニット６０へ移動する。これにより、１枚目の放射状羽根１０ａが、２枚目の放射状羽根１０ｂを形成するための糸束２０と共に、第１溶着ユニット５０から第２溶着ユニット６０へ搬送される。

第２溶着ユニット６０においては、図６（ａ）に示すように、１枚目の放射状羽根１０ａ及びその中心部から上に延びる糸束２０が、第２溶着ホーン６１と第２加工台座６２との間に固定される。そうすると、図６（ｂ）に示すように、ガイドピン６３が上昇を開始し、第２加工台座６２の貫通孔６２ａを通り、更にその上の１枚目の放射状羽根１０ａの中心部に形成された円形の空間を通ってその上の糸束２０の中心部に差し込まれ、更にこの糸束２０の中心部を貫通して、第２溶着ホーン６１の下端面中心部に設けられた円形凹部６１ｂに挿入される。

そうなると、図６（ｃ）に示すように、クランパー７２が両側へ開き、糸束２０を解放すると共に、第２溶着ホーン６１が上方の退避位置から下降を始める。同時にガイドピン６３も下降を始める。これにより、１枚目の放射状羽根１０ａは第２加工台座６２の上面に当接し、この状態で、ガイドピン６３の周囲に存在する糸材２１が、第２溶着ホーン６１の溶着面６１ａにて下方へ押されることにより、周囲へ開く。

第２溶着ホーン６１及びガイドピン６３が更に下降を続けると、図６（ｄ）に示すように、糸材２１は第２加工台座６２の上面上で周囲へ完全に開き放射状になる。同時に、超音波振動する第２溶着ホーン６１の環状の溶着面６１ａにより、放射状の糸材２１の中心部近傍が、貫通孔６２ａ周囲の第２加工台座６２上面との間に挟まれて溶着され、２枚目の放射状羽根１０ｂについても環状溶着部２２ｂ〔図６（ｄ）参照〕が形成される。

このとき、第２溶着ホーン６１の円形凹部６１ｂの周囲に形成された環状凹部６１ｃは、周囲へ開いた糸材２１の内縁部（前記空間の近傍）が溶着されるのを阻止して、２枚目の側に環状折り返し部１２が形成されるのに寄与する。また、第２加工台座６２の貫通孔６２ａの周囲に形成された環状凹部６２ｂは、第１溶着ユニット５０で１枚目の側に形成された環状折り返し部１２の変形を阻止する。更に、第２溶着ホーン６１の円形凹部６１ｂに挿入されたガイドピン６３は、第２溶着ホーン６１から独立した棒状部材であるために、第２溶着ホーン６１との共振がなく、環状折り返し部１２の内面を溶着する危険がない。

かくして、環状溶着部２２ａ，２２ｂで一体化した２枚重ねの放射状羽根１０が第２加工台座６２上に形成される。一体化した環状溶着部２２ａ，２２ｂは、完成した放射状羽根１０の環状コア部１３となる。

第２加工台座６２上に放射状羽根１０が形成されると、図６（ｅ）に示すように、第２溶着ホーン６１は上方の退避位置に戻り、ガイドピン６３は下方の退避位置に戻り、放射状羽根１０を拘束状態から解放する。

図７に示した製造装置は、放射状羽根１０を製造する別の装置であり、クランパー搬送ユニット７１を挟んでその上下に同心状に配置された第１溶着ホーン８０及び第２溶着ホーン９０を有している。この製造装置の特徴は、同一位置において二重構造の放射状羽根１０における１枚目の放射状羽根１０ａの形成、及び２枚目の放射状羽根１０ｂの形成を行うことであり、二重構造の放射状羽根１０における１枚目の放射状羽根１０ａの形成を第１溶着ホーン８０が行い、２枚目の放射状羽根１０ｂの形成を第２溶着ホーン９０が行う。

クランパーユニット７０は、分割式のクランパー７３を有しており、これを分離、合体させることにより、放射状羽根の製造素材である糸束２０の拘束、解放を行う。このクランパー７３は、加工台座を兼ねており、そのために高強度に作製されている。クランパー搬送ユニット７１は、図左側の材料受取り位置から、第１溶着ホーン８０と第２溶着ホーン９０との間の加工位置へ材料搬送を行う。

クランパー搬送ユニット７１の下方に配置された第１溶着ホーン８０は、円柱形状をした上向きの超音波振動子であり、図示されない駆動装置により上下に昇降駆動される。第１溶着ホーン８０の円形の上端面は溶着面８１であり、より詳しくは、中心部の棒状凸部８２及びその外側の環状凹部８３を除く環状部分が溶着面８１である。

棒状凸部８２は放射状羽根１０の貫通孔１１を形成するためのものであり、糸束２０の太さより小さい外径を有し、２枚目の放射状羽根１０ｂの形成過程で糸束２０の中心部に挿入されて、ここに円形の空間を形成すると共に、下降する第２溶着ホーン６１の案内を行う。また、この棒状凸部８２は、図４に示した製造装置の第１溶着ホーン５０と同様に、第１溶着ホーン８０との共振防止のために、第１溶着ホーン８０の中心部に設けられた貫通孔を挿通する丸棒状の別部材の先端突出部により構成されている。環状凹部８３も第１溶着ホーン５０と同様に、放射状羽根１０の環状折り返し部１２、特に１枚目の側に環状折り返し部１２を形成するための逃げ部である。

クランパー搬送ユニット７１の上方に配置された第２溶着ホーン９０は、円柱形状をした下向きの超音波振動子であり、図示されない駆動装置により上下に昇降駆動される。第２溶着ホーン９０の円形の下端面は溶着面９１であり、より詳しくは、中心部の細長い円形凹部９２、及びその外側の浅い環状凹部９３を除く環状部分が溶着面９１である。円形凹部６１ｂは上昇する棒状凸部８２を収容する逃げ穴であり、環状凹部６１ｃは放射状羽根１０の環状折り返し部１２、特に２枚目の側に環状折り返し部１２を形成するための逃げ部である。

次に、図７に示した製造装置により、図１に示した放射状羽根１０を製造する方法について、図７８ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。

放射状羽根１０の製造では、まずクランパー搬送ユニット７１の左側部分にクランパーユニット７０を位置させ、その上方に配置された図示されない糸送りユニットから送り出される糸束２０をクランパーユニット７０内のクランパー７３で拘束する。次いで、糸送りユニットの下に設けられた図示されないカッターユニットにより糸束２０を切断する。糸束２０の切断長（送り出し長）は、二重構造の放射状羽根１０を製造するのに必要な長さであり、より具体的には加工台座を兼ねるクランパー７３の下面（加工面）から下方に突出する糸束長が１枚目の放射状羽根１０ａに必要な量であり、クランパー７３の下面（加工面）から上方部分の糸束長が２枚目の放射状羽根１０ｂに必要な量である。

糸束２０の拘束、切断が終わると、図８（ａ）に示すように、クランパー７３が糸束２０を拘束したまま、クランパーユニット７０が第１溶着ホーン８０と第２溶着ホーン９０との間に移動し、この間に糸束２０が搬送される。そうすると、図８（ｂ）に示すように、第１溶着ホーン８０が超音波振動しながら下方の退避位置から上昇を始め、クランパー７３の下に突出する糸束２０の糸材２１を周囲へ開く。更に第１溶着ホーン８０が上昇を続けると、糸材２１が更に周囲へ開き、最終的には、図８（ｃ）に示すように、周囲へ開いた糸材２１が第１溶着ホーン８０の溶着面８１によりクランパー７３下面のチャック孔周囲に押し付けられる。

第１溶着ホーン８０の溶着面８１による押し付けにより、糸束２０の下方突出部における糸材２１は周囲へ完全に開き放射状になる。同時に、第１溶着ホーン８０が超音波振動していることから、第１溶着ホーン８０の溶着面８１により押し付けられた放射状の糸材２１の中心部近傍が環状に溶着され、環状の溶着部２２ａ〔図８（ｄ）参照〕となる。

このとき、第１溶着ホーン８０の上端面中心部に設けられた棒状凸部８２は、糸束２０の開放過程の最終段階で、且つ溶着が始まる前に糸束２０の中心部に挿入され、糸束２０の中心部を貫通することにより、その中心部に円形の空間を確保した状態で溶着を行わせる。棒状凸部８２は又、第１溶着ホーン８０から独立した別部材とされて第１溶着ホーン８０との共振を阻止されているため、周囲へ放射状に開いた糸材２１の前記空間と接する部分の溶着を防止する。また、環状凹部８３は、周囲へ開いた糸材２１の内縁部（前記空間の近傍）が溶着されるのを阻止して環状折り返し部１２の形成に寄与する。こうして、１枚目の放射状羽根１０ａの形成が終わる。

第１溶着ホーン８３による溶着が終わり、１枚目の放射状羽根１０ａの形成が終わると、図８（ｄ）に示すように、クランパー７３が開く。そうすると、図８（ｅ）に示すように、第２溶着ホーン９０が上方の退避位置から下降を始める。これにより、第１溶着ホーン８０のガイドピンを兼ねる棒状凸部８２の周囲に存在する糸材２１が周囲に開く。また、第１溶着ホーン８０の棒状凸部８２が、第２溶着ホーン９０の逃げ部である円形凹部９２に挿入される。第２溶着ホーン９０が更に下降を続けると、図８（ｆ）に示すように、糸材２１は放射状に開き、第２溶着ホーン９０の溶着面９１にて、第１溶着ホーン８０の溶着面８１に押し付けられる。

これにより、２枚目の放射状羽根１０ｂについても、環状溶着部２２ｂ〔図８（ｇ）参照〕が形成される。第１溶着ホーン８０の環状の溶着面８１は下側の加工台座を兼ねる。このとき、第２溶着ホーン９０の逃げ部である円形凹部９２に挿入された第１溶着ホーン８０の棒状凸部８２は、第２溶着ホーン９０から独立した別部材でるために、周囲へ放射状に開いた糸材２１の内面が溶着されるのを阻止する。第２溶着ホーン９０の円形凹部９２の周囲に形成された環状凹部９３は、周囲へ放射状に開いた糸材２１の内縁部（前記空間の近傍）が溶着されるのを阻止して、２枚目の放射状羽根１０ｂの側に環状折り返し部１２が形成されるのに寄与する。また、第１溶着ホーン８０の棒状凸部８２の周囲に形成された環状凹部９３は、１枚目の放射状羽根１０ａの側に形成された環状折り返し部１２の変形を阻止する。

かくして、環状溶着部２２ａ，２２ｂで一体化した２枚重ねの放射状羽根１０が同一位置、すなわち第１溶着ホーン８０と第２溶着ホーン９０との間で形成される。一体化した環状溶着部２２ａ，２２ｂは、完成した放射状羽根１０の環状コア部１３となり、その内側に環状折り返し部１２が形成される。

第１溶着ホーン８０と第２溶着ホーン９０との間で放射状羽根１０が形成されると、図８（ｇ）に示すように、第１溶着ホーン８０は下方の退避位置に戻り、第２溶着ホーン９０は上方の退避位置に戻る。

この製造方法は、クランパー７３及び第２溶着ホーン９０が加工台座を兼ね、専用の加工台座を必要とない点、及び第１溶着ホーン８０の棒状凸部８２がガイドピンを兼ね、専用のガイドピンを必要しない点で、装置コストを安くできる利点がある。

図９に示した製造装置は、装置構成については、図７に示した製造装置と基本的に同じである。主に相違するのは、クランパーユニット７０内のクランパー７４が、図４に示した製造装置と同様に加工台座を兼ねない点、代わって、そのクランパー７４がサイド溶着ユニットを兼ねる点、第１溶着ホーン８０の溶着面８１と共に、第２溶着ホーン９０の溶着面９１が加工台座を兼ねる点の３点である。

また、タイミング的に相違するのは、図１０（ａ）〜（ｆ）に示すように、クランパー搬送ユニット７１の下に配置された第１溶着ホーン８０と、クランパー搬送ユニット７１の上に配置された第２溶着ホーン９０とが同時に昇降を行う点である。

すなわち、図９に示した製造装置では、まずクランパー搬送ユニット７１の左側部分にクランパーユニット７０を位置させ、その上方に配置された図示されない糸送りユニットから送り出される糸束２０をクランパーユニット７０内のクランパー７２で拘束する。次いで、糸送りユニットの下に設けられた図示されないカッターユニットにより糸束２０を切断する。糸束２０の切断長（送り出し長）は、二重構造の放射状羽根１０を製造するのに必要な長さであり、より具体的にはクランパー７４によるクランプ位置中央から下の糸束長が１枚目の放射状羽根１０ａに必要な量であり、クランパー７４によるクランプ位置中央から上の糸束長が２枚目の放射状羽根１０ｂに必要な量である。

糸束２０の拘束、切断が終わると、図１０（ａ）に示すように、クランパー７４が糸束２０を拘束したまま、クランパーユニット７０が第１溶着ホーン８０と第２溶着ホーン９０との間に移動し、この間に糸束２０が搬送される。そうすると、図１０（ｂ）に示すように、第１溶着ホーン８０が超音波振動しながら下方の退避位置から上昇を始めると同時に、第２溶着ホーン９０が超音波振動しながら上方の退避位置から下降を始める。これにより、クランパー７４の上下に突出する糸束２０が同時に周囲へ開く。

第１溶着ホーン８０及び第２溶着ホーン９０が更に下降及び上昇を続けると、図１０（ｃ）に示すように、サイド溶着ユニットを兼ねるクランパー７４により、糸束２０の拘束部分が仮溶着される。その後は、図１０（ｄ）に示すように、クランパー７４が両側へ退避すると共に、第１溶着ホーン８０及び第２溶着ホーン９０が更に上昇及び下降を続け、最終的には図１０（ｅ）に示すように、糸束２０の仮溶着部２３〔図１０（ｄ）参照〕より下の部分、上の部分が周囲へ放射状に開き、その中心部周囲が第１溶着ホーン８０の溶着面８１と第２溶着ホーン９０の溶着面９１との間で溶着される。

溶着中、周囲へ開いた糸束２０の中心部は、第１溶着ホーン８０の棒状凸部８２が挿通することにより貫通孔を形成される。

かくして、二重構造（２枚重ね）の放射状羽根１０が製造される。この製造方法の利点は、下側の放射状羽根１０ａと上側の放射状羽根１０ｂが同時に形成されることにより、製造速度が速いことである。第１溶着ホーン８０の棒状凸部８３が第１溶着ホーン８０からも第２溶着ホーン９０からも独立した別部材であるために、環状折り返し部１２の内周面の溶着が阻止されること、環状折り返し部１２の成形に第１溶着ホーン８０の環状凹部８３及び第２溶着ホーン９０の環状凹部９３も、その環状折り返し部１２の形成に寄与することは、図７に示した製造装置による製法の場合と同じである。

いずれの製造方法においても、糸束２０の切断量（送り出し量）、クランパー７２，７３，７４による糸束２０のクランプ位置を変更することにより、放射状羽根１０の外径、放射状羽根１０を構成する放射状羽根１０ａ，１０ｂの各外径を広範囲に調節することができる。

図２に示した放射状羽根は、環状折り返し部１２の中にリング状の補強材１５を挿入したものである。環状折り返し部１２は、糸束２０を中心部に空間が形成された状態で外側へ湾曲させることにより形成されるので、その湾曲の際にリング状の補強材１５を挿入すればよい。そして、環状折り返し部１２の中にリング状の補強材１５を挿入することにより、環状溶着部の周方向の機械的強度がより向上する。

図３に示した放射状羽根は、二重構造の放射状羽根１０における１枚目の放射状羽根１０ａと２枚目の放射状羽根１０ｂが同サイズであり、羽根部１４におけるそれぞれの糸長は同一である。製造に使用する糸束２０の長さ選択、環状折り返し部１２の位置選択により、様々なサイズ、形状の放射状羽根１０が製造できることは前述したとおりである。

放射状羽根１０の貫通孔１１周囲に環状折り返し部１２を形成しない場合、すなわち空間周囲の糸材２１の折り返し部の内周縁まで溶着を行う場合は、第１溶着ユニット５０，８０における棒状凸部５３ｂ，８３を第１溶着ユニット５０，８０から独立させる必要も、逃げ部としての環状凹部５３ｃ，８３を設ける必要もないことは言うまでもない。

１０，１０ａ，１０ｂ 放射状羽根
１１ 貫通孔
１２ 環状折り返し部
１３ 環状コア部
１４ 羽根部
１５ 補強材
２０ 糸束
２１ 糸材
２２ 環状溶着部
２３ 仮溶着部
５０ 第１溶着ユニット
５１ 糸送りユニット
５２ 第１加工台座
５３ 第１溶着ホーン
５３ａ 溶着面
５３ｂ 棒状凸部（棒状物）
５３ｃ 環状凹部
６０ 第２溶着ユニット
６１ 第２溶着ホーン
６１ａ 溶着面
６１ｂ 円形凹部
６１ｃ 環状凹部
６２ 第２加工台座
６３ ガイドピン
７０ クランパーユニット
７１ クランパー搬送ユニット
７２，７３，７４ クランパー
８０ 第１溶着ホーン
８１ 溶着面
８２ 棒状凸部（棒状物）
８３ 環状凹部
９０ 第２溶着ホーン
９１ 溶着面
９２ 円形凹部
９３ 環状凹部
１００ カッターユニット

Claims (7)

1. 中心部に貫通孔が設けられたディスク状で環状のコア部の周方向全域から多数本の糸材が外周側へ延出して放射状の羽根部を形成したディスク型の放射状羽根であって、連続した１本の糸束の長手方向中間部を折り返し部として、その折り返し部両端側の糸束が中心部に空間を残して放射状に開いて重ね合わされると共に、前記中心部の空間周囲が環状に溶着されて前記コア部を形成する放射状羽根。
2. 請求項１に記載の放射状羽根において、前記中心部の空間周囲に形成される環状の折り返し部より外側が環状に溶着されて前記コア部を形成する放射状羽根。
3. 請求項２に記載の放射状羽根において、環状の折り返し部は、両面側へドーム状に突出し内面側へアーチ状に突出した厚くて弾性を有するボス部である放射状羽根。
4. 中心部に貫通孔が設けられたディスク状で環状のコア部の周方向全域から多数本の糸材が外周側へ延出して放射状の羽根部を形成したディスク型放射状羽根の製造方法であって、
   連続した１本の糸束の長手方向中間部を折り返し部として、その折り返し部の一端側の糸束を、折り返し部を起点として且つ中心部に空間を確保した状態で周囲へ放射状に開く第１開放工程と、
   周囲へ放射状に開いた一端側の糸束を、中心部の空間周囲で環状に溶着する第１溶着工程と、
   前記折り返し部の他端側の糸束を、前記折り返し部を起点として且つ中心部に空間を確保した状態で周囲へ放射状に開く第２開放工程と、
   周囲へ放射状に開いた他端側の糸束を、中心部の空間周囲で環状に溶着する第２溶着工程とを含む放射状羽根製造方法。
5. 第１溶着工程及び第２溶着工程において、周囲へ放射状に開いた両端側の糸束を、中心部の空間周囲に形成された環状の折り返し部より外側で環状に溶着する請求項４に記載の放射状羽根製造方法。
6. 請求項４又は５に記載の放射状羽根製造方法において、第１開放工程、第１溶着工程、第２開放工程、第２溶着工程を段階的に行う放射状羽根製造方法。
7. 請求項４又は５に記載の放射状羽根製造方法において、第１開放工程と第２開放工程とを同時に実施し、引き続き第１溶着工程と第２溶着工程とを同時に実施する放射状羽根製造方法。

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