JP6363877B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は加工ロールがアンビルロールと協働してシートのような布帛状物や厚い積層体を加工する加工装置および加工方法に関する。

この種の加工装置においては、たとえばカッタロールのような加工ロールに設けた刃がアンビルロールの円筒面に適度な圧力（押付け力）で接するように、シリンダによりカッタロールとアンビルロールとが互いに押し付けられている。
また、例えばヒートシール加工においては、加工ロールに設けた加熱溶着用の加工部とアンビルロールとの間に適正な隙間が形成されており、この隙間へ積層体などの対象物を通過させることで、対象物が加熱溶着される。
一般に、前記圧力や隙間の調整のために、前記加工ロールの両端には、金属製の支持ロール部が一体に形成されている。

ＪＰ ２００６−１３０６５０ Ａ（図３） ＪＰ ０５−５１６００ Ｙ（図２，３）

しかし、工場内の雰囲気温度は、朝と昼とで大きく変化する。かかる温度の変化により前記支持ロール部の温度も変化し、そのため、金属製の前記支持ロール部の直径が変化する。前記直径の変化は前記加工部において加工ロールとアンビルロールとの間の軸間距離の変化を齎す。

たとえば、直径３００ｍｍの支持ロール部と直径２００ｍｍのアンビルロールの温度が各々１０度変化すると、前記軸間距離は３０μｍ程度変化する。そのため、加工部の隙間や圧力は所定の値に設定されていても、ロールの温度、雰囲気温度、製品（ウエブ）の温度、生産速度による気流の変化などによって変化する。

したがって、本発明の目的は、前記隙間や圧力の変化を抑制し得る加工装置および加工方法を提供することである。

本発明の加工装置は、第１の軸線上に配置されたアンビルロールと、
前記第１の軸線に平行な第２の軸線上に配置され、前記アンビルロールとの間に挟んだ対象物に加工を施す加工部を有する加工ロールと、
前記第１又は第２の軸線上に配置され、前記加工ロール又はアンビルロールの外周面に接する少なくとも１つの支持ロールと、
前記支持ロールの温度を変更するための温度変更装置とを備える。

本発明によれば、温度変更装置により支持ロールの温度が積極的に変更されて、たとえば、ヒータにより所定の高温度に昇温される。そのため、たとえば、雰囲気温度が上昇したり、あるいは、下降しても、支持ロールの温度は所定の温度に維持される。したがって、第１の軸線と第２の軸線との間の距離（軸間距離）が所定の寸法に維持され、雰囲気温度等の変化に伴う前記隙間や圧力の変化を抑制することができる。

本発明の一実施例にかかる加工ユニットを示し、一部断面で示す概念的な正面図である。 図２は図１の加工ロールおよびアンビルロールの拡大正面図である。 図３Ａは加工ロールの一部を断面で示す拡大された側面図、図３Ｂおよび図３Ｃは、各々、支持ロールおよび断熱ロールの同側面図である。 図４は、本発明にかかる加工対象物の一例を示す着用物品の中間品を示す概略平面図である。 他の例を示す加工ユニットの正面図である。 更に他の例を示す加工ユニットの正面図である。

好ましくは、本発明の加工装置は前記支持ロールの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサからの出力に基づいて前記温度変更装置を制御する制御装置と、を更に備える。

この場合、測定された支持ロールの温度が設定値よりも低い場合には温度変更装置により支持ロールの温度を上げ、一方、測定温度が設定値よりも高い場合には温度変更装置により支持ロールの温度を下げる。したがって、温度変化に伴う前記隙間や圧力の変化を著しく小さくできる。

好ましくは、前記少なくとも１つの支持ロールは前記第２の軸線上に一対設けられ、
前記一対の支持ロールは前記アンビルロールの軸方向の両端部の前記外周面に各々接するように配置され、
前記各支持ロールごとに前記温度変更装置が設けられている。

アンビルロールの軸方向の両端部に接する一対の支持ロールは前記隙間や圧力の変化を安定させる。更に、前記各支持ロールごとに温度変更が可能となり、温度変化に伴う前記隙間や圧力の変化を更に小さくすることができる。

好ましくは、ヒータを包含する前記温度変更装置が前記各支持ロールに埋設されている。

ヒータが各支持ロールに埋設されている場合、伝熱により各支持ロールが速やかに昇温されるだろう。
なお、支持ロールを冷却するクーラに比べヒータの方がコストが安く、また、温調も容易であろう。

好ましくは、前記加工部が前記加工ロールの周方向の一部の領域に設けられ、
前記ヒータが前記各支持ロールの周方向の一部の領域に設けられ、
前記加工部が設けられた領域と前記ヒータが設けられた領域とが前記周方向の少なくとも一部において重なっている。

このように、加工領域（加工部が設けられた領域）とヒータ領域（ヒータが設けられた領域）とが周方向の少なくとも一部において重なっている場合、前記昇温領域による温調で各支持ロールが膨張する部位と加工領域における所定の部位とが周方向において互いに重なり、加工領域における軸間距離の変動を小さくすることができる。そのため、前記隙間や圧力の変化を抑制する効果が高まるだろう。

好ましくは、前記加工ロールと前記各支持ロールとの間に、各々、加工ロールと各支持ロールとの間の断熱を図る断熱ロールが配置されている。

この場合、断熱ロールにより、加工ロールと支持ロールとの間の熱伝導、対流伝熱および放射伝熱が抑制される。したがって、前記隙間や圧力の変化を抑制する効果が高まる。特に、ヒートシール加工のように、加工部を溶着に適切な設定温度に維持する場合、支持ロールをその加工部の温度とは別の温度に調整することが容易となり、好ましい。

好ましくは、前記加工ロール、前記各支持ロール及び前記各断熱ロールは前記第２の軸線上に配置された軸のまわりに装着され、
前記各断熱ロールは周方向に分割された複数の分割ピースで形成されて、前記軸から径方向に取り外し自在に前記軸に装着されている。

この場合、断熱ロールの分割ピースは前記軸から径方向に取り出される。この取り出しにより、加工ロールと支持ロールとの間に大きな作業空間が設けられ、加工ロールの状態を観察したり、その周辺機器のメンテナンスを容易に行うことができる。

本加工装置を用いた加工方法は、前記アンビルロールと前記加工ロールとの間に前記対象物を供給する工程と、
前記加工ロールの前記加工部が前記アンビルロールと協働して前記対象物を加工する工程と、
前記支持ロールの温度を制御することで、前記アンビルロールと前記加工部との間の押付け力および／または隙間を調節する工程とを備える。

かかる押し付け力および／または隙間を調節する工程は、加工装置の稼動前に予め行われてもよいし、前記稼動前および前記加工装置の稼動中の双方において行われてもよい。また、同工程は前記加工装置の稼働中にのみ行われてもよい。

本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施例の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施例および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は請求の範囲によってのみ定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。

１つの実施例または他の例等に関連して説明および／または図示した特徴は、１つまたはそれ以上の他の実施例または他の例において同一または類似な形で、および／または他の実施例の特徴と組み合わせて、または、その代わりに利用することができる。

以下、本発明の実施例が図面にしたがって説明される。
図１〜図４は実施例１を示す。
図１において、加工ユニットは加工ロール１、アンビルロール２、支持ロール４および圧力調整装置３を備える。前記加工ロール１とアンビルロール２との間には薄いシートや厚い積層体のような対象物Ｗが供給される。本実施例の場合、加工ロール１および支持ロール４は各々一対設けられているが、各々１個であってもよいし、３個以上であってもよい。また、両ロールのうちのいずれか一方が１個のみ設けられてもよい。

図４に示すように、前記対象物Ｗとしては、たとえば、オムツのような着用物品の中間品であってもよい。また、前記対象物Ｗの被加工部は、たとえば、網点で示す部位（被加工部Ｗｓ）にヒートシール（溶着）がなされたものでもよいし、仮想線ＶＬに沿って対象物Ｗが切断されるものであってもよく、更に、図示しないエンボス加工が施されるものであってもよい。

アンビルロール２は第１の軸線Ｌ１上に配置されている。
加工ロール１は、前記第１の軸線Ｌ１に平行な第２の軸線Ｌ２上に配置され、前記アンビルロール２との間に挟んだ対象物Ｗに加工を施す加工部１１Ｂを有する。前記加工部１１Ｂは前記ヒートシール、切断、エンボス加工等の熱による加工と機械的な加工のうちの１以上を行うものであってもよい。たとえば、加工ロール１は加熱ロールやダイカットロールなどであってもよい。

図１に示すように、前記加工ロール１およびアンビルロール２には、それぞれ、軸１Ｓおよび軸部２Ｓが設けられている。前記軸１Ｓおよび軸部２Ｓは軸受Ｂによって回転自在に支持されている。

前記圧力調整装置３は一対の加圧用のシリンダ３０と、前記軸受Ｂを介して前記加工ロール１およびアンビルロール２を支えるフレーム（図示せず）とを備える。前記シリンダ３０は一方の軸１Ｓを他方の軸部２Ｓに向かって外力を加えることで、前記アンビルロール２に前記加工部１１Ｂを有する加工ロール１の外周面１０を近接させ、支持ロール４をこれと対面するアンビルロール２に圧接させる。

前記圧接により、図２の加工部１１Ｂがアンビルロール２の外表面（外周面２０）に適度な接触圧で接触し、あるいは加工部１１Ｂとアンビルロール２の外表面との間に適度な隙間が形成される。そのため、不織布や薄いフィルム状のシートの他、厚い積層体などの対象物Ｗの切れ味や、ヒートシール時の対象物Ｗの溶着などの加工精度が向上する。

図１に示すように、本実施例の場合、支持ロール４は、たとえば、前記第２の軸線Ｌ２上に配置され、アンビルロール２の外周面２０に接する。これにより、軸線Ｌ１と軸線Ｌ２との間の距離（軸間距離）が所定の寸法に維持され、加工部１１Ｂ以外での加工ロール１とアンビルロール２との隙間Ｓｐの大きさが維持される。

前記支持ロール４は、たとえば一対設けられている。
前記一対の支持ロール４は前記アンビルロール２の軸方向Ｓの両端部の外周面２０に各々接するように配置されている。これにより、軸間距離が容易に維持され、前記隙間Ｓｐの大きさが安定する。

本加工装置は、加工ロール１の加工部１１Ｂを昇温させるための複数の第１ヒータＨ１と、アンビルロール２を昇温させるための第２ヒータＨ２とを備えていてもよい。これにより、対象物Ｗを昇温させて対象物Ｗのヒートシールを行ってもよい。前記加工部１１Ｂの近傍には加工部１１Ｂの温度を検出する第１温度センサ１９が設けられている。第１温度センサ１９からの出力に基づいて、対象物Ｗの溶着に適した温度に加工部１１Ｂの温度制御がなされる。
なお、第１温度センサ１９は一方の加工部１１Ｂにのみ設けられてもよいし、各加工部１１Ｂごとに設けられてもよい。

本加工装置は温度変更装置としての第３ヒータＨ３、第２温度センサ４０および制御装置６を備える。前記第３ヒータＨ３は前記支持ロール４の温度を上昇させるためのものである。第２温度センサ４０は前記支持ロール４の温度を検出する。前記制御装置６は前記第２温度センサ４０からの出力に基づいて前記複数の第３ヒータＨ３を制御する。
前記制御装置６は操作部６０や温度を表示する表示器６１を備えていてもよい。表示器６１は各温度センサ１９，４０からの出力で加工部１１Ｂや支持ロール４の温度を表示してもよい。また、オペレータは表示器６１に表示された温度や、製品の仕上がり状態を見て、操作部６０を操作することで第３ヒータＨ３に供給される電力を調節してもよい。

前記各第３ヒータＨ３は前記両端部に接するように各々配置された各支持ロール４ごとに設けられている。前記各第３ヒータＨ３は前記支持ロール４の収容孔４１内に埋設されている。前記埋設された第３ヒータＨ３は熱伝導により支持ロール４を昇温させる。

図３Ａにおいて、前記加工部１１Ｂは前記加工ロール１の周方向の一部の領域、つまり加工領域Ａｓに設けられている。一方、図３Ｂの前記第３ヒータＨ３は前記各支持ロール４の周方向の一部の領域、つまりヒータ領域Ａｈに設けられている。

図３Ａの前記加工部１１Ｂが設けられた加工領域Ａｓと、図３Ｂの前記第３ヒータＨ３が設けられたヒータ領域Ａｈとは前記周方向の少なくとも一部において重なっていてもよい。より詳しくは、前記ヒータ領域Ａｈの設けられた角度の範囲及び位相は、前記加工領域Ａｓの設けられたそれらに概ね等しい。

本実施例のように、図１の前記各加工ロール１と前記各支持ロール４との間には、各々、加工ロール１と各支持ロール４との間を断熱するための断熱ロール５が配置されていてもよい。前記各加工ロール１、前記各支持ロール４及び前記各断熱ロール５は前記第２の軸線Ｌ２上に配置された軸１Ｓのまわりに装着されて、軸１Ｓと別体であってもよい。

図３Ｃの前記各断熱ロール５は周方向に分割された複数の分割ピース５０で形成されて、前記軸１Ｓから径方向Ｄに取り外し自在に前記軸１Ｓに装着されていてもよい。前記断熱ロール５が中空である場合、前記断熱ロール５は収容孔１８および第１温度センサ１９の配線の保護のほか、空間を囲うことにより、加工ロール１や支持ロール４に対する保温効果を発揮する。

図１の前記断熱ロール５は前記加工ロール１や支持ロール４よりも熱が伝導され難い素材で形成されてもよい。たとえば加工ロール１や支持ロール４は金属製で、断熱ロール５は合成樹脂で形成されていてもよい。

前記加工ロール１と加工ロール１との間にはスペーサロール１００が配置されていてもよい。前記一対の加工ロール１,１とスペーサロール１００とは、図示しないボルトなどの締結具により、互いに締結されて軸方向に連結されていてもよい。

つぎに、前記加工装置を用いた加工方法の一例が説明される。
まず、前記加工装置による加工に先立って、予め前記加工装置の温調および圧力調節を行う。

すなわち、まず、第１〜第３ヒータＨ１〜Ｈ３に通電し、加工ロール１、アンビルロール２および支持ロール４を昇温させる。前記加工ロール１およびアンビルロール２が昇温することで、加工部１１Ｂがヒートシールに適した所定の温度に設定される。このとき、図１の加工ロール１およびアンビルロール２が熱膨張するため、加工ロール１およびアンビルロール２の半径も大きくなる。

一方、図３Ｂのヒータ領域Ａｈにおいて、支持ロール４が昇温することで、ヒータ領域Ａｈにおける支持ロール４が熱膨張し、支持ロール４の半径が大きくなる。

図１において、制御装置６は第２温度センサ４０からの出力により、前記支持ロール４の温度を制御する。たとえば、制御装置６は第２温度センサ４０の温度が所定の温度となるように第３ヒータＨ３への供給電力を調節する。これにより、加工ロール１とアンビルロール２との軸間距離が所定の寸法に維持され、前記アンビルロール２と前記加工部１１Ｂとの間の押付け力および／または隙間が一定の値となるように調節される。同調節において、加工部１１Ｂ以外の加工ロール１の部分（および断熱ロール５）とアンビルロール２との間には隙間Ｓｐが形成されている。

前記調節後、前記軸１Ｓおよび軸部２Ｓを回転駆動させながら、前記アンビルロール２と前記加工ロール１との間の隙間Ｓｐに前記対象物Ｗを供給する。前記加工ロール１の前記加工部１１Ｂは前記アンビルロール２と協働して前記対象物Ｗを加工する。前記調節は対象物Ｗの加工中においてもなされる。
前記調節により、加工部１１Ｂがカッターの場合は押付け力が調節されて対象物が確実に切断され、一方、ヒートシールの場合は加工部１１Ｂとアンビルロール２との間の隙間が調節されて対象物に穴が開くことなく熱溶着される。

こうした調節をすることにより、室温の低い朝から室温の高い正午以後において、バラツキの小さい加工を行うことができる。
支持ロール４の温度調節は、外気温などの条件に応じてあらかじめ設定される。しかし、最終的には、表示器６１に表示された温度や、加工された対象物Ｗの被加工部Ｗｓの状態を見て、オペレータが操作部６０を操作することで温度調節が行われてもよい。

温度変更装置としては、たとえば、バイメタル式スイッチのように、当該スイッチの温度が所定の第１温度まで上昇すると給電を停止させ、一方、当該スイッチの温度が所定の第２温度まで下がると給電を開始するスイッチを設けてもよい。
更に、温度センサ４０および制御装置６を全く設けなくてもよい。これらの代わりに例えば出力の小さなヒータやクーラ等を支持ロール４に設けて加工装置の運転中に常時稼働させておけば、支持ロール４の温度のバラつきは若干でも小さくなるだろう。

本加工装置においては、支持ロール４の位置において軸間距離が変化すればよい。したがって、図５のように、支持ロール４はアンビル側に設けられてもよい。この場合、支持ロール４は第１の軸線Ｌ１上に配置され、加工ロール１の外周面１０に接していてもよい。
なお、アンビルロール２は一般に全体が均一な棒状ないし円筒状に形成されるので、通常は、加工ロール１を設けた軸１Ｓ上に支持ロール４が設けられる。

図６に示すように、前記第３ヒータＨ３は支持ロール４に装着されずに、放射伝熱により支持ロール４を昇温させるものであってもよい。この場合、支持ロール４の厚みを小さくできるかもしれない。

本加工装置において、温度変更装置はヒータのような加熱による温調のほか、クーラやペルチェ素子のような冷却による温調でもよい。更に、エアコンのようにヒータ及びクーラの双方の機能が備えられていてもよい。あるいはヒータとクーラの双方を備えていてもよい。また、オイルで昇温したり、クーラントで冷却してもよい。
なお、溶着など加熱による加工の場合は、一般に加熱の方が効率や応答性が良いであろう。

支持ロール４と加工部１１Ｂとで温度を異ならせるように制御がなされる場合、両者間の熱伝導を妨げる手段として断熱ロール５を中空に形成している。しかし、断熱ロール５としては、内部にグラスウール等を充填したものや、中実の断熱材が配置されてもよい。

支持ロール４は、一対の加工部１１Ｂ，１１Ｂの間に配置されてもよい。この場合、支持ロール４は一対でなく、１個だけ設けられるだろう。しかし、対象物Ｗが通過する範囲と干渉しないように、一般に、加工部１１Ｂの軸１Ｓの両端に設けられるのが好ましい。

支持ロール４は軸受けＢよりも外側に配置されてもよい。しかし、装置をコンパクトにするため、一般に、支持ロール４は軸受けＢ,Ｂ間に配置される。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、加工ロールや加工部は一対ではなく、１つのみ設けられていてもよく、あるいは３以上設けられていてもよい。
また、加工ロールがカッタロールである場合など、第１及び第２のヒータは設けられなくてもよい。
また、加工ロールに軸が一体に形成されていてもよく、一方、アンビルロールの軸部はアンビルロールと別体に形成されていてもよい。
また、スペーサロール１００を設けずに一対の加工部を１つの加工ロールに設けてもよい。
また、断熱ロール５は分割されていない１つのロールであってもよいし、更には、断熱ロール５は設けられなくてもよい。
また、加工部が加工ロールの周方向の一部の領域に設けられている場合と全周にわたって設けられている場合とにかかわらず、支持ロールの全周にわたって断続的にヒータが設けられていてもよい。
また、ヒータは第２の軸線の軸方向に平行に設けられる必要はなく、たとえば、支持ロールの外周の円弧の弦に沿った方向に埋設されていてもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。

本発明は、使い捨て着用物品の他、種々の物品の一部又は全部を形成する薄いシート状物や、その他の積層体などの加工に利用することができる。

１：加工ロール １０：外周面 １Ｓ：軸 １１Ｂ：加工部 １８：収容孔 １９：第１温度センサ １００：スペーサロール
２：アンビルロール ２０：外周面 ２Ｓ：軸部
３：圧力調整装置 ３０：シリンダ
４：支持ロール ４０：第２温度センサ ４１：収容孔
５：断熱ロール ５０：分割ピース
６：制御装置
Ａｓ：加工領域（一部の領域） Ａｈ：ヒータ領域（一部の領域）
Ｂ：軸受け Ｄ：径方向 Ｓ：軸方向 Ｓｐ：隙間
Ｈ１：第１ヒータ Ｈ２：第２ヒータ Ｈ３：第３ヒータ（温度変更装置）
Ｌ１：第１の軸線 Ｌ２：第２の軸線
Ｗ：対象物 Ｗｓ：被加工部

Claims (7)

1. 加工装置であって、
   第１の軸線上に配置されたアンビルロールと、
   前記第１の軸線に平行な第２の軸線上に配置され、前記アンビルロールとの間に挟んだ対象物に加工を施す加工部を有する加工ロールと、
   前記第１又は第２の軸線上に配置され、前記加工ロール又はアンビルロールの外周面に接する少なくとも１つの支持ロールと、
   前記支持ロールの温度を変更するための温度変更装置とを備え、
   ここにおいて、
   前記支持ロールの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサからの出力に基づいて前記温度変更装置を制御する制御装置とを更に備える。
2. 請求項１の加工装置において、
   前記少なくとも１つの支持ロールは前記第２の軸線上に一対設けられ、
   前記一対の支持ロールは前記アンビルロールの軸方向の両端部の前記外周面に各々接するように配置され、
   前記各支持ロールごとに前記温度変更装置が設けられている。
3. 加工装置であって、
   第１の軸線上に配置されたアンビルロールと、
   前記第１の軸線に平行な第２の軸線上に配置され、前記アンビルロールとの間に挟んだ対象物に加工を施す加工部を有する加工ロールと、
   前記第１又は第２の軸線上に配置され、前記加工ロール又はアンビルロールの外周面に接する少なくとも１つの支持ロールと、
   前記支持ロールの温度を変更するための温度変更装置とを備え、
   ここにおいて、
   前記少なくとも１つの支持ロールは前記第２の軸線上に一対設けられ、
   前記一対の支持ロールは前記アンビルロールの軸方向の両端部の前記外周面に各々接するように配置され、
   前記各支持ロールごとに前記温度変更装置が設けられている。
4. 請求項３の加工装置において、
   ヒータを包含する前記温度変更装置が前記各支持ロールに埋設されている。
5. 請求項４の加工装置において、
   前記加工部が前記加工ロールの周方向の一部の領域に設けられ、
   前記ヒータが前記各支持ロールの周方向の一部の領域に設けられ、
   前記加工部が設けられた領域と前記ヒータが設けられた領域とが前記周方向の少なくとも一部において重なっている。
6. 請求項３の加工装置において、
   前記加工ロールと前記各支持ロールとの間に、各々、加工ロールと各支持ロールとの間の断熱を図る断熱ロールが配置されている。
7. 請求項６の加工装置において、
   前記加工ロール、前記各支持ロール及び前記各断熱ロールは前記第２の軸線上に配置された軸のまわりに装着され、
   前記各断熱ロールは周方向に分割された複数の分割ピースで形成されて、前記軸から径方向に取り外し自在に前記軸に装着されている。

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