JP2006056250A - エンボス加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動エンボスローラと従動エンボスローラとの間に不安定なモーメントを生じさせないエンボス加工装置を提供する。
【解決手段】ある平面を定義する第１及び第２の回転軸心（６，７）回りにそれぞれ反対に回転する第１及び第２のエンボスローラ（３，４）の間にシート材料（２）が供給される。エンボスローラ（３，４）の１つ（４）が、使用中に他方のエンボスローラ（３）に向いた圧縮力を受ける。回転軸心（６，７）の少なくとも１つが、仮想ヒンジ（Ｃ）又は瞬間的な回転中心回りに、振動する。仮想ヒンジ（Ｃ）又は瞬間的な回転中心が、回転軸心（６，７）によって定義された平面においてエンボスローラ（３，４）間の接触ピッチライン（８）に沿った反力（Ｒ）の作用点Ａの変位に応じて移動可能である。
【選択図】図２

Description

本発明はエンボス加工装置に関するものである。

本発明は、以下の説明で単に一例として言及するように、たばこ産業において、包装材料（例えば、アルミニウム、金属泊、又はその他の材料）の細片（又はシート）をエンボス加工するために有益に使用することができる。

特に、本発明は、ある平面を定義する第１及び第２回転軸回りにそれぞれ反対に回転する第１及び第２エンボスローラであって、前記平面にあるピッチラインに沿って互いに接触している第１及び第２エンボスローラと、使用中に、前記エンボスローラ間に与えられた圧縮力によってエンボス加工するため、シート材料を掴むように互いに前記エンボスローラを圧縮するための押圧アセンブリと、前記平面に垂直で且つ前記平面に回転中心を定義する第３の軸心回りに振動する振動軸心である、回転軸心の少なくとも１つと、を備えたタイプのエンボス加工装置に関する。

上述のタイプの周知のエンボス加工装置において、２つのエンボスローラの１つは、通常、静止した回転軸回りに回転するように取り付けられた駆動ローラであり、一方、他のエンボスローラは、通常、従動ローラであって、回転のためにサポートに取り付けられ、静止したピボット又はヒンジ回りに振動し、そして、ヒンジ軸心を必ず通過する前記圧縮力を受ける従動ローラである。

静止したヒンジ回りの従動エンボスローラの振動に応じた従動エンボスローラの軸の変位を最小限にするため、静止したヒンジは、通常できるだけ従動エンボスローラの軸線にできるだけ接近して配置され、そして、必ず駆動エンボスローラに対して従動エンボスローラの反対側に配置される。

そのような構造において、あらゆる異常（例えば中央基準位置に対する細片のワークの横滑り）の結果、反力が作用する点が接触ピッチラインに沿って動かされた場合、圧縮力は、（いまだ静止したヒンジを通過する）反力に対してずれを生じ、このようにして、異常の作用を増幅するようなモーメントを生じる。換言すると、駆動エンボスローラに平行な位置から離れて従動エンボスローラを回転させるような、不安定なモーメントが生じる。これが発生したとき、及び、２つのエンボスローラ間のワーク材料の弾力性のある反作用が、システムを初期状態（すなわち、２つのエンボスローラ平行である状態）に復元することができないとき、自身でバランスを取り戻すことができないシステムは、細片のワークに折り目を付けるという結果、及び／又は、接触ピッチラインに沿って細片が受ける圧縮力の差によって引き起こされる不均一なエンボス加工という結果を招く、不適切な位置をとる。

その問題の解決のため、その構造は、通常、従動ローラの振動範囲を狭い安定した”領域”に制限するように設計された、いくつかの複雑な調整を受ける。前記領域は、ワーク材料の弾力性のある反作用が、システムの元のバランスの異常によって引き起こされる悪影響を補償するのに、十分な領域である。

調整が注意と精度をもって行われているにもかかわらず、ワーク材料の正確な実際上の反応を予測することは明らかに不可能である。その結果、その構造は、依然として非常に信頼できない。

この問題を解決するため、その構造は、静止したヒンジが、従動エンボスローラに対して駆動エンボスローラの反対側に配置されるように修正することができる。その場合、従動エンボスローラは、理論的に一時停止した機構の状態に近づき、こうして本質的に安定したシステムに到る。しかしながら、そのような構造において、静止したヒンジと従動エンボスローラの軸心との間の距離は、静止したヒンジ回りの従動エンボスローラの比較的軽微な振動にさえ反応して、従動エンボスローラの軸心の受け入れがたい変位を生じさせる。さらに、システムが不安定になった場合、再びバランスを取り戻すことは、ワーク材料の弾力性のある反作用に完全に依存する。

本発明の目的は、前述の欠点を解消するように設計された、上記に述べたタイプのエンボス加工装置を提供することである。

本発明によれば、請求項１、又は請求項１に直接的又は間接的に従属する後続の請求項のいずれか１つで請求されたエンボス加工装置が提供される。

本発明の限定されない実施形態のいくつかを、添付図を参照し一例として説明する。

図１及び図２において、符号１は、包装材料（通常、細片又は金属箔のシート）としての連続する細片（又はシート）２をエンボス加工するためのエンボス加工装置の全体を示している。

エンボス加工装置１は、２つの周知のエンボスローラ３及び４を備え、該エンボスローラ３及び４は、各々軸心６及び７回りに回転するようにフレーム５に取り付けられるとともに、それぞれ円筒形の外表面を備えており、該外表面は、エンボスローラ３及び４の軸心６及び７と同じ平面上で接触するピッチライン８に沿って噛み合う多数の先端（図示略）を有している。

特に、エンボスローラ３は、軸心６と同一軸心の個別のシャフト９に取り付けられた駆動ローラであり、該シャフト９は、フレーム５にベアリング１０を介して取り付けられるとともに、周知のモーター（図示略）の出力軸（図示略）に角度をもって接続され、モーターから与えられた駆動トルクを受けるようにフレームに固定されている。

エンボスローラ４は、軸心７と同一軸心でサポートユニット１２に角度をもって固定される方法で取り付けられたシャフト１１に、内部のベアリング（図示略）を介して回転可能に取り付けられ、そして、ギヤ変速器を介してエンボスローラ３によって回転される。ギヤ変速器は、シャフト９に取り付けられたギヤ１３と、軸心７と同軸心で且つエンボスローラ４と一体のギヤ１４と、を備えている。

サポートユニット１２は、エンボスローラ４が、瞬間的な回転中心又はヒンジＣ（例示では仮想ヒンジ）回りに振動することを許容する。瞬間的な回転中心又はヒンジＣは、軸心６及び７によって定義された静止した平面に垂直で横方向に移動可能な軸心１５を有する。サポートユニット１２は、エンボスローラ４と押圧アセンブリ１６との間に設けられる。押圧アッセンブリ１６は、サポートユニット１２とフレーム５の間に設けられ、そして、エンボスローラ４に圧縮力Ｆを伝達する。圧縮力Ｆは、常に瞬間的な回転中心又はヒンジＣを通過し、且つ、エンボスローラ３及び４の間で細片２を掴むように、実質的に軸心６に垂直な方向にエンボスローラ３に向けられている。

少なくとも最初の安定したエンボス加工の状態において、軸心６及び７は、互いに平行であるとともに基準軸心１７に垂直であり、該基準軸心１７は、エンボスローラ３及び４の中心線を通るとともに、使用中にエンボスローラ３及び４の間のワークである細片２の中心線を通る。

サポートユニット１２は、Ｕ型のフォーク１８を備え、該フォーク１８は、エンボスローラ３に対してエンボスローラ４の反対側に配置されたクロス部材１９と、クロス部材１９に垂直で、エンボスローラ４の両側に基準軸心１７に関して対象に配置された２つのアーム２０とによって構成されている。

図１の例において、サポートユニット１２は関節でつながったユニットであり、該関節でつながったユニットは、関節でつながった四辺形体によって構成され、該関節でつながった四辺形体のフレームは、フォーク１８によって構成され、フォーク１８は、軸心６に垂直で圧縮力Ｆの方向に、駆動エンボスローラ３の方へ移動するようにフレーム５に取り付けられるとともに、軸心６と並列に位置づけられたクロス部材１９を有する。関節でつながった四辺形体は、更に、シャフト１１によって構成されたクロス部材と、軸心１５に垂直で且つエンボスローラ３に向かって互いに１点に集中する、２つの連結棒２１（或いは、上記四辺形体によって構成された関節でつながった構造において、２つの連結棒２１が引っ張り作用をするように取り付けられているならば、引張棒）と、を備えている。更に具体的にいうと、連結棒２１の作用線の交差点は、どんな瞬間でも、瞬間的な回転中心又はヒンジＣの位置を構成する。各連結棒２１は、軸心１５に平行な２つのピン２２及び２３によって、一端がシャフト１１の各端部に、他端が各アーム２０の自由端に枢結されている。

図示しない変形例において、２つの連結棒２１は、引っ張りの作用をするが、１点で集中しない、すなわち、アーム２０が基準軸心１７に関して関連するピン２２の外側に位置するように、取り付けられる。

図２の例において、サポートユニット１２は関節でつながった”揺動”ユニットであり、該ユニットは、シャフト１１の両端がアーム２０の自由端に取り付けられ、そして、クロス部材１９の表面２４（図に示す実施形態のように平面か、図示しない変形例のように外方へ凸状にカーブした表面）が、ベース２６の表面２５上で揺動し、ベース２６は、フォーク１８とともにサポートユニット１２を構成するとともに押圧アセンブリ１６を介在して圧縮力Ｆの方向に移動するようにフレーム５に取り付けられている。図示例において、表面２５は、クロス部材１９に対向する凸面をもってカーブしているが、表面２４がカーブした変形例（図示略）では、表面２５は、平面か或いはクロス部材１９に対向する凹面をもってカーブすることができる。図示しない変形例において、表面２４は、ベース２６に対向する凹面をもってカーブすることができ、且つ、表面２５は、クロス部材１９に対向する凸面をもってカーブすることができる。

実際の使用では、表面２４及び２５は、滑ることなく互いに転がり、クロス部材１９と表面２５との接触点は、軸心１５回りのエンボスローラ４の角度に応じて表面２４及び２５に沿って移動する瞬間的な回転中心又はヒンジＣ（この場合も仮想ヒンジである）を構成する。

図３及び図４にエンボス加工装置１の動作が示されており、図３及び図４は、（当初基準軸心１７に沿って位置する）点Ａに作用する反力Ｒを、例えば点Ａの右側に位置する点Ａ’にピッチライン８に沿って横に移動させ得るあらゆる異常（例えば、細片２の横滑り又はシワ）によって、エンボス加工装置１が不安定になったときに自動的に再安定する方法を図示している。

図３及び図４において、明確な理由でエンボスローラ４の振動が非常に増幅することに注目すべきである。実際、振動は、通常ほんの少しの程度であり（図解はしていない）、事実上、極微量と考えることができる。

理論的には、同じ静止した平面に平行に作用する圧縮力Ｆと反力Ｒとを受けるシステム（この場合は、従動エンボスローラ４）は、概してこの静止した平面で回転−移動し、そして、静止した平面上に延びる静止したライン（この場合、ピッチライン８）に沿って反力Ｒの作用点Ａが移動する結果として、システムがごく小さく振動する場合、絶対的でシステムと相対的な静止した平面上で移動可能な瞬間的な回転中心Ｃを常に決定することができる。そして、ボートから類推して静止した平面内の点である擬似的なメタセンターとして定義することができる瞬間的な安定の中心ＳＣは、システムと一体であり、そして、システムの極微小の振動に続いて、静止した平面内で静止したライン（ピッチライン８）と平行に瞬間的な回転中心Ｃと同じ量ずつ移動する。

図に示すように、擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定の中心ＳＣは、回転−移動の前又は後に圧縮力Ｆが通過する点である。換言すると、図３及び図４に示すように、瞬間的な安定の中心ＳＣは、従動エンボスローラの回転−移動を分割した２つの各運動のあとに力Ｆが作用されると考えられる２つのラインの交差点によって定義された点である。２つのラインは、ＣとＡ’を通り、極微小の振動が基準軸心１７についてＣ点回りに回転させたラインと、Ｃ’を通り、Ｃ’点までのＣ点の移動によって基準軸心１７と平行に移動するラインである。当然ながら、固定軸システムにおいては、瞬間的な回転中心Ｃと、擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定の中心ＳＣとは、定置されるとともに一致する。

序説で述べたように、システムの安定は、従動エンボスローラ４に対してピッチライン８の反対側に配置される静止したピボット又はヒンジ（この場合、Ｃ及びＳＣが一致する）回りに振動するように取り付けられた従動エンボスローラ４では不十分であり、恒久的に安定したシステムを達成する１つの方法は、従動エンボスローラ４の移動が重要ではなく、サポートユニットに従動エンボスローラ４を支持することである。サポートユニットは、例えば、関節でつながったサポートユニット、又は、関節でつながった”揺動”サポートユニット１２であり、関節でつながった”揺動”サポートユニット１２は、擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定の中心ＳＣから分離された瞬間的な回転中心Ｃ、すなわち、前記静止した平面で移動できる瞬間的な回転中心Ｃ回りに、従動エンボスローラ４を振動させる。

実際に、このタイプのサポートユニットを単に使用することによって、（擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定中心ＳＣが従動エンボスローラ４に対してピッチラインの反対側にある）エンボス加工装置の恒久的な安定性と、瞬間的な回転中心Ｃが恒久的に従動エンボスローラ４から受け入れ可能な距離にあることと、を補償するように、平均的なエンジニアは、エンボス加工装置１の多くの物理的−幾何学的変数を決定することができる。

図３及び図４に示すように、エンボス加工装置１は、静止した前記平面すなわち図３及び図４の平面における軸心７の回転−移動（時計回りの回転及び左方向移動）によって、そして、点Ａと同じ方向への瞬間的な回転中心又はヒンジＣの変位によって、点Ａから点Ａ’の変位に反応する。

しかしながら、図３及び図４に示すように、瞬間的な回転中心又はヒンジＣは、点Ａと同じ方向（例では右方向）に移動するが、点Ａよりも遠く（すなわち、より速く）移動し、このようにしてトルクを発生する。トルクは、全体としてシステムを、安定した平衡状態と見られる本来の平衡状態（双方の力ＦとＲが基準軸心１７に沿って互いに反対に位置する）に戻そうとする。

反力Ｒ（Ｒ’で示す）の作用点をＡからＡ’まで動かす異常に対するエンボス加工装置１の反応に続いて、エンボス加工装置１の擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定中心ＳＣ（本来基準軸心１７に沿って位置する）によって想定された理論上の位置を決定するために、その反応は、２つの連続する運動を行うかのように図示されている。

２つの運動のうち第１のものの間、従動エンボスローラ４（軸心７のみを図３に示し、軸心７と平行で一体になったクロス部材１９の表面２４のみを図４に示す）は、Ａ’点を通る新しい形態１７’に基準軸心１７をもっていくように、静止していると考えられる瞬間的な回転中心又はヒンジＣ回りに回転する。擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定中心ＳＣは、本来、軸心１７に沿って位置し、上記のように、振動システムと一体的であり、１７’までの軸心１７の回転は、擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定中心ＳＣを、軸心１７’に沿った新しい位置にする。

２つの運動のうち第２のものの間、瞬間的な回転中心又はヒンジＣはＣ’に動き、そして、圧縮力Ｆ（Ｆ’で示す）は、Ｃ’を通りピッチライン８に垂直な正確な位置をとり、このようにして反力Ｒ’を補償し、通常、モーメントを生成する。

上記のように、擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定の中心ＳＣは、軸心１７’に沿って配置され、そして、当然に、瞬間的な回転中心又はヒンジＣのようにピッチライン８と平行に移動する振動システムと一体の位置になるので、擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定中心ＳＣの軸心１７’に沿った位置は、基準軸心１７’と圧縮力Ｆ’の作用線との公差点によって定義される。

図３及び図４は、極微小の振動に適用できる有限振幅性の理論を適用しているので、図形の結果は、現実とは必ずしも一致しないが、異常な移動点Ａに応じて、点Ａと同じ方向に瞬間的な回転中心又はヒンジＣを動かし、そして同時に安定化トルクを引き起こすという、システムの傾向を明瞭に示すのに役立つ。

示されたサポートユニット１２の物理的−幾何学的特性に関しては、図１のサポートユニット１２の場合に、主たる安定状態（従動エンボスローラ４と擬似的なメタセンター又は瞬間的な安定中心ＳＣとの間に設けられたピッチライン８）が、本来、連結棒２１を操作することによって達成されることに注目すべきであり、この連結棒２１は、引張棒であって、押圧棒ではない。後者の場合、実際、システムは不安定になる。一方、図２のサポートユニット１２の場合、従動ローラ４が揺動するカーブした表面（図例の表面２５）の曲率半径が小さいほど、システムが不安定に近づく（静止した軸、すなわち、静止したＳＣ及びＣが、共に従動エンボスローラ４のようにピッチライン８の同じ側にある）ことに留意することが重要である。したがって、前記曲率半径は適切に大きく、例えば、瞬間的な回転中心又はヒンジＣと、ピッチライン８との距離の少なくとも２倍にすべきである。図示はしていないが前に説明したように、双方の表面２４及び２５の双方がカーブしている場合、上述の考えは、より小さい曲率半径をもつものに適用される。

前述の考えにより、エンボス加工装置１に種々の変形（図示せず）を行うことができる。例えば、従動エンボスローラ４は静止することができ、駆動エンボスローラを振動することができる。この解決法は、理論上の複雑な問題を含まないが、ただ、駆動トルクの伝達に関しては、ある程度の（既知の方法で解決できる）困難性がある。

或いは、双方のエンボスローラ３及び４を振動することができる。この種のエンボス加工装置においても、駆動トルクの伝達に困難性があり、エンボスローラの静止した（回転）軸によって制限されない２つのエンボスローラの振動は、適正に考慮すべきである。それでもなお、２つのエンボスローラ間の接触ピッチラインが静止したエンボス加工装置に関連する前述の理論は、（双方のエンボスローラが振動する）可動の接触ピッチラインをもつエンボス加工装置を比較的容易に製造する可能性を明確に示す。

前述の理論は、２のローラをもつエンボス加工装置に関する。２つ以上のローラを備えたエンボス加工装置においても同様に、全ての又はいくつかの組のローラに適用されることに注目すべきである。

本発明に係るエンボス加工装置の好ましい第１実施形態の機能的な部分断面図である。

本発明に係るエンボス加工装置の好ましい第２実施形態の機能的な部分断面図である。 図１のエンボス加工装置の作動状態を示す図である。 図２のエンボス加工装置の作動状態を示す図である。

Claims (13)

1. ある平面を定義する第１及び第２回転軸心（６，７）回りにそれぞれ反対に回転する第１及び第２エンボスローラ（３，４）であって、前記平面に位置するピッチライン（８）に沿って互いに接触する第１及び第２エンボスローラ（３，４）と、
   与えられた圧縮力（Ｆ）により前記エンボスローラ（３，４）間でエンボス加工を行うため、使用中にシート材料（２）を掴むように互いにエンボスローラ（３，４）を圧縮するための押圧アセンブリ（１６）と、
   前記平面に垂直で且つ前記平面内に回転中心（Ｃ）を定義する第３の軸心（１５）回りに振動する振動軸線（７）である、前記回転軸心（６，７）の少なくとも１つと、を備えており、
   前記回転中心（Ｃ）が、前記圧縮力（Ｆ）に対する反力（Ｒ）の作用点（Ａ）の、前記エンボスローラ（３，４）間の接触ピッチライン（８）に沿った変位に応じて、前記平面内で移動可能な瞬間的な回転中心（Ｃ）であることを特徴とする、エンボス加工装置。
2. 前記第１エンボスローラ（３）が駆動エンボスローラであり、前記第２エンボスローラ（４）が従動エンボスローラである、請求項１に記載のエンボス加工装置。
3. 前記振動軸心（７）が前記第２軸心（７）であり、前記第１軸心（６）が静止した軸心であり、前記押圧アセンブリ（１６）が、前記第２エンボスローラ（４）と連結されている、請求項１又は２に記載のエンボス加工装置。
4. 前記エンボスローラ（３，４）のうち、前記振動軸心（７）と同一軸心のものが、前記第３軸心（１５）まわりに振動する振動エンボスローラ（４）であり、
   前記振動エンボスローラ（４）を支持するためのサポートユニット（１２）が備えられ、
   前記サポートユニット（１２）が、前記振動エンボスローラ（４）と前記押圧アセンブリ（１６）との間に設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のエンボス加工装置。
5. 前記サポートユニット（１２）が関節でつながったユニットである、請求項４記載のエンボス加工装置。
6. 前記サポートユニット（１２）が、関節でつながった四辺形体よりなる、請求項５記載のエンボス加工装置。
7. 前記関節でつながった四辺形体が、前記押圧アセンブリ（１６）によって前記圧縮力（Ｆ）と平行に移動可能なフレーム（１８）と、
   前記振動軸心（７）と同一軸心のシャフト（１１）によって構成され、且つ、前記振動エンボスローラ（４）の回転を支持するクロス部材と、
   前記第３軸心（１５）に垂直であり、前記瞬間的な回転中心（Ｃ）で交わる作用線をそれぞれ有する２つの連結棒（２１）と、を備えている、請求項６記載のエンボス加工装置。
8. 各連結棒（２１）が引張棒である、請求項７記載のエンボス加工装置。
9. 前記サポートユニット（１２）が、関節でつながった”揺動”ユニットである、請求項４記載のエンボス加工装置。
10. 前記サポートユニット（１２）が、
    第１の表面（２５）を有するベース（２６）と、
    第２の表面（２４）を有するクロス部材（１９）と２つのアーム（２０）とを備えたフォーク（１８）と、
    前記振動軸心（７）と同一軸心で且つ前記振動エンボスローラ（４）を支持するシャフト（１１）と、
    前記第１及び第２の表面（２４，２５）の少なくとも１つであって、前記瞬間的な回転中心（Ｃ）を構成する点で前記第１及び第２の表面（２５，２４）の他方に接触する、カーブした表面（２４）と、
    を備えている、請求項９記載のエンボス加工装置。
11. 前記押圧アセンブリ（１６）が、前記ベース（２６）と連結されている、請求項１０記載のエンボス加工装置。
12. 前記カーブした表面（２４）が、前記瞬間的な回転中心（Ｃ）と前記ピッチライン（８）との間の距離の少なくとも２倍の曲率半径を有している、請求項１１記載のエンボス加工装置。
13. 使用中あらゆる瞬間に、前記平面に位置する点として定義される瞬間的な安定中心（ＳＣ）であって、前記振動軸心（７）と一体であるとともに、前記振動軸心（７）の極微小の振動に続いて、瞬間的な回転中心（Ｃ）と同じ量だけ前記平面上でピッチライン（８）と平行に移動する瞬間的な安定中心（ＳＣ）を有しており、
    前記ピッチライン（８）が、使用中に、前記瞬間的な安定中心（ＳＣ）と前記振動軸心（７）との間に配置される、請求項１〜１２のいずれかに記載のエンボス加工装置。
    

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