JP2006504537A - 同期化されたサーボ作動型作業ユニットを使用して材料ウェブから別個の物品を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

材料ウェブから別個の物品を製造するための方法であって、周期的なマスター基準信号を用いて製造装置内の複数の作業ユニットのサーボ作動を同期化し、材料ウェブの連続する製品セグメントに対して周期的な作業を行い、それにより、作製される物品に対する作業ユニットの同期化を維持するべく進行中の外部同調又は位置合わせを行う必要なく物品を形成する方法。この方法は、特に、使い捨て吸収性物品及びウェブ材料から形成される他の製品を製造する際に適用するのに適している。共通の基準信号による協調のため、個々のサーボシステムの各々によってそのプログラムされた作動命令を実行することにより、その作動は、他のサーボシステムの作動と同期する。これらの作動命令は、運動プロファイル、トルクプロファイル、力プロファイル、「カム」プロファイル、及びサーボ作動装置の能力内のあらゆる他の形態の作動シーケンスを包含し得る。

Description

本発明は、材料ウェブから別個の物品を製造するための方法であって、作製される物品に関する作業ユニットの同期化を維持するために進行中の外部同調又は位置合わせを必要とすることなく、周期的なマスター基準信号を使用して製造装置の複数のサーボ作動型作業ユニットを同期化する方法に関する。

ウェブ材料に対して連続的な作業を行う複数の作業ユニットから構成された製造装置において、個々の完成物品を形成するのに必要とされる周期的な作業のための運動、トルク及び力を達成するために幾つかの方法が使用されてきた。例えば、使い捨て吸収性物品の製造における一般的なアプローチは、まず複合製品ウェブを形成し、次いで個々の完成物品を形成することである。主要なウェブは典型的には機械方向に進められ、第二ウェブ及び／又は別個の構成要素が主要なウェブに適用されて複合ウェブを形成し、その複合ウェブから最終的に別個の完成製品が分離される。別個の構成要素の形成及び適用について、より速度が遅い第二ウェブは、しばしば、複合製品ウェブの速度に近い速度で動く表面上でスリップ又はスライドさせられ、別個の構成要素の各々が分離され、次いで表面の動きに起因して加速される。分離を同調することにより、構成要素は、製品ウェブから形成されるべき個々の製品に対応する複合製品ウェブの予め定められた部分に対してほぼ同調され得る。しかしながら、第二ウェブをスリップさせ、切断するための機器は、典型的には、限られた範囲の完成製品のピッチ長のみに適する。この範囲外では、第二ウェブがスリップする表面の速度と、第二ウェブ又は複合製品ウェブのいずれかの速度との不一致が大きくなりすぎて、信頼性のある作業ができない。故に、特定機器の好適性の範囲外の異なるピッチ長を有する製品を作製することが所望される時、しばしば、作業ユニット全体を異なる製品ピッチ長向けに設計されたものに取り替えなければならない。別個の構成要素の同期化は、典型的には、外部位置合わせシステムによるか、又は、作業ユニットの位相若しくは主要なウェブの位相を調節して適切な配置を達成するために自動若しくはオペレータ支援型の外部フィードバック制御システムが使用されるシステムを用いて行われる。

材料の一部の切断及び除去のために、及び個々の完成製品の分離のために、作業ユニットは、それらが適する製品ピッチ長の範囲において同様に制限されることが多い。ウェブ速度とカッター速度とがある程度不一致である状態で切断を行うことは可能であるが、許容できる不一致の大きさは、切断される複合製品ウェブの一部の厚さ、隣接する部分の厚さ、切断される材料の脆さ及び他の要因により制限される。故に、製品のピッチを変更するためには、これらの方法機能を行うロール及び作業ユニットを取り替えるのが一般的である。これら切断作業の同期化はまた、典型的には、自動又はオペレータ支援型制御システムによる同調動作により達成される。

多くの製造装置において、作業ユニットは、１以上の機械的なラインシャフトで駆動される。このアプローチは、幾つかの作業ユニットの同期化を確立し、維持することを可能にする。しかしながら、このアプローチは、比較的柔軟性がないという欠点を有する。例えば、製品のピッチ長、大きさ又は設計の変更には、比率の変更を必要とする場合が多く、これは、次いで、幾つかのギア又はプーリの交換のような、機械的な動力伝達機器の変更を必要とする。また、上述のタイプの比較的簡単な変更を行うために設計される動力伝達機器は、比較的正確なセットアップを必要とする多数の構成要素を有する場合が多く、かかる機器のセットアップ、調節、保守及び交換の費用が高額であることもある。

サーボモータ及びプログラム可能なコントローラは、上述の相互関係にある方法及び機器の問題に対処するという試みに適用されている。しかしながら、これらのタイプの製造ラインにおけるサーボの使用は、典型的には、１以上のサーボモータに速度基準を付与するために使用されるラインシャフト速度生成基準信号を伴う位置合わせシステムによって同期化を達成するウェブベースの作業ユニットに制限されている。幾つかの用途において、製品の位置に対する作業ユニットの位置ベースの同期化は、外部センサと結合されたタイミングベースのシステムにより達成されている。例えば、サーボテクノロジーは、時間ベースの制御機構でロールを加速及び減速し、製品ウェブ上の感知マークに対する位置合わせを動的に調節するために使用されている。

サーボテクノロジーを使用する以前のアプローチは、異なる製品のために重複する作業ユニットを必要とすることなく、ラインシャフトを必要としない十分にサーボ駆動される製造装置の柔軟性をもって、広範な製品のピッチ長、大きさ及び設計にわたって周期的な作業を同期化する必要性に十分対処することができない。

故に、複数のサーボ作動装置を同期化するための実用的な方法、特に、個々の別個の完成製品が形成される複合ウェブのＸ、Ｙ及びＺ座標に対して、サーボ作動の必要な協調を付与する方法に対する必要性が存在する。

本発明は、材料ウェブから別個の物品を製造するための方法であって、周期的なマスター基準信号を使用して、製造装置における複数の作業ユニットのサーボ作動を同期化し、材料ウェブの連続的な製品セグメントに対して周期的な作業を行い、それにより物品を形成する方法を提供する。本方法は、使い捨て吸収性物品及びウェブ材料から形成される他の製品の製造において適用するのに特に適しており、本発明が本明細書に記載されることは、主にこれに関連している。共通の基準信号による協調により、そのプログラムされた作動命令を個々のサーボシステムの各々によって実行することにより、その作動は、他のサーボシステムの作動と同期する。これらの作動命令には、運動プロファイル、トルクプロファイル、力プロファイル、カムプロファイル、及びサーボ作動装置の能力内でのあらゆる他の形態の作動シーケンスが含まれ得る。

使い捨て吸収性物品を製造する際の最も重要な考慮点は、機器の交換費用を含めた物品の製造費用である。本発明は、重複する作業ユニットをほとんど伴わないか、全く伴うことなく、また、製品の大きさを変更するか、又はかかる変更後に安定な作業を再び確立するための時間をほとんど又はまったく必要とすることなく、異なる大きさ及び異なる設計の吸収性物品を製造するために使用することができる方法を提供する。故に、本発明の方法により製造される吸収性物品は、他の作業ユニットの制御方法を使用して製造される吸収性物品よりも比較的低い費用で提供され得る。

本明細書は、本発明と見なす主題を特定して指摘し明確に請求する特許請求の範囲により結論とするが、本発明は添付図面と共に考慮される次の説明でよりよく理解されると考える。
以下の用語の定義は、本発明の開示を理解する上で有用であり得る。

単一使い捨て吸収性物品：共に統合されて協調した全体を形成する別個の部品から形成され、それ故、それら部品が別個のホルダー及びライナーのような別個の操作部品を必要とせず、使用後に処分されることを意図され、身体浸出物を吸収して封入する物品であり、より詳細には、身体から排出された様々な浸出物を吸収して封入するべく着用者の皮膚に接して置かれる物品である。

おむつ：典型的には幼児及び失禁者により着用され、一般には着用者の胴体下部周りに着用される代表的な単一使い捨て吸収性物品。

作業ユニット：典型的には、力及び／又は運動を生成することにより、製造される物品を形成するための作業を行うのに役立つ製造装置の一部であり、ユニットオペレーションとしても知られている。

サーボシステム：サーボにより機械的な力を生成するための構成であり、典型的にはサーボコントローラ及びサーボ作動装置を含む。

作動装置：何かを動かすか、又は作用させる、特に、作業ユニットを動かすか、トルクを生成させるか、力を印加させるための装置。

復帰させる：確定的な状態にリセットすること、特に、ある機構又は作業ユニットを、その開始状態として選択された所定位置、又はトルク若しくは力のレベルにリセットすること。

機械方向：処理される材料の運動の一般的な方向であり、製品に関していう場合にはＸ方向又は軸にほぼ対応している。

横機械方向：一般には処理されるウェブ材料の平面において軸を画定し、機械方向に垂直である対向するベクトル対の両方であり、製品に関していう場合にはＹ方向又は軸にほぼ対応している。

垂直方向：機械方向及び横機械方向の両方にほぼ直交する方向であり、製品についていう場合にはＺ方向又は軸にほぼ対応している。

上流：別の位置に関して、方法の前の方の工程に向かう位置又は方向、即ち、下流の反対。

下流：別の位置に関して、方法の後の方の工程に向かう位置又は方向、即ち、上流の反対。

位相：標準位置又は開始点に関して考慮される周期又は期間内の点又は段階、また、基準周期又は期間に関して位相を調節すること。

位相感応性：期間に関してだけでなく位相に関して同期化を必要とすること。

同位相で：同期化した様式で、同じ位相を有するか、又は同じ位相であること。

同調させる：基準周期又は期間の位相、特に、独立した機構又は作業ユニットの位相と一致するように位相を調節すること。

位相オフセット：作業ユニットの復帰状態と、作業ユニットが、前進する製品セグメントの位置基準と同位相である状態との差。

位相シフト：製造装置における、ある点での位相と別の点での位相の差。

期間：周期の長さ。

期間感応性：期間に関して同期化を必要とすること、即ち、１基準周期につき１回の完了を必要とすること。

製品周期：作業ユニットによって行われる、製品セグメントに対する周期的なプロセスの完全な作業行為であり、１製品周期は、典型的には、１製品セグメントの連続的な前進ごとに発生する。

製品セグメント：形成される個々の最終製品に対応する製品ウェブの一部分。

セグメント長：本方法の条件下での製品セグメントの機械方向長さであり、製品のピッチ又はピッチ長としても知られている。

同期化する：同期させること、即ち、同じ期間で再発させるか、又は動作させることであり、同じ期間及び位相を持たせること。期間感応性であるだけの作業もあり得るが、期間感応性且つ位相感応性の作業もあり得る。

確定的な：明確に又は正確に決められた又は固定された、監視装置又はコントローラに「知られている」。

基準軸：作業ユニットコントローラが追従するようにプログラムされているサーボ軸。

マスター基準：製造装置における全てのサーボ作動装置を同期化するための基準軸として直接的又は間接的に働くサーボ軸であり、製品ウェブの前進に対応する信号を付与する基準軸。

ウェブ：連続的な材料のシート又はストリップであり、織布又は不織布材料、フィルム、テープなどを含む。

すべての特許、特許出願（及びそれに基づいて発行された任意の特許、並びに関連して発行された任意の外国特許出願）、並びに本明細書全体にわたって言及した刊行物の開示内容は、参照として本明細書に組み込まれる。但し、本明細書に参考として組み込まれる文献のいずれもが本発明を教示又は開示していないことを明言する。

本発明の方法は、特に、ウェブ材料から物品を製造する際に使用するのに適しており、別個の構成要素を位置合わせし、製造プロセス全体の最後に個々の完成製品となる前進する製品ウェブのセグメントとの特定の関係において別個の作業を行うことが一般的には必要である。故に、この説明のために、使い捨て吸収性物品の製造について具体的に参照する。本発明の方法により製造される単一使い捨て吸収性物品の好ましい実施形態は、図１に示されるおむつ２０である。しかしながら、本発明の方法は、失禁用ブリーフ、おむつホルダー、女性用衛生衣類、トレーニングパンツ、プルオンパンツ、よだれかけ、拭き取り用品などの他の使い捨て吸収性物品の製造、並びに材料ウェブからの他のタイプの物品の製造にも適用できる。

図１を参照すると、おむつ２０などの使い捨て吸収性物品は、一般に、液体透過性トップシート２４と、液体不透過性バックシート２６とを具備する。おむつ２０はまた、典型的には、トップシート２４及びバックシート２６の間に挟まれた吸収性コア２８、弾性化脚部カフ３２、サイドパネル３０、弾性ウエスト機構３４及び締結装置４０などの別個の構成要素を具備する。おむつ２０は様々な周知の構成で組み立てられてもよいが、好ましいおむつ構成は、米国特許第３，８６０，００３号、名称「使い捨ておむつの収縮性の側部分（Contractible Side Portions for Diposable Diaper）」（ケネス Ｂ．ブエル（Kenneth B.Buell）、１９７５年１月１４日発行）、米国特許第５，１５１，０９２号（ブエル（Buell）、１９９２年９月９日発行）、米国特許第５，２２１，２７４号（ブエル（Buell）、１９９３年６月２２日発行）、米国特許第５，５５４，１４５号、名称「多領域構造弾性様フィルムウェブの延伸性ウエスト機構を有する吸収性物品（Absorbent Article With Multiple Zone Structural Elastic-Like Film Web Extensible Waist Feature）」（ロー（Roe）ら、１９９６年９月１０日発行）、米国特許第５，５６９，２３４号、名称「使い捨てプルオンパンツ（Disposable Pull-On Pant）」（ブエル（Buell）ら、１９９６年１０月２９日発行）、米国特許第５，５８０，４１１号、名称「吸収性物品用サイドパネルを製造するゼロスクラップ方法（Zero Scrap Method For Manufacturing Side Panels For Absorbent Articles）」（ニース（Nease）ら、１９９６年１２月３日発行）、及び米国特許第６，００４，３０６号、名称「多方向延伸性サイドパネルを有する吸収性物品（Absorbent Article With Multi-Directional Extensible Side Panels）」（ローブル（Robles）ら、１９９９年１２月２１日発行）に一般的に記載されている。

おむつ２０は、図２に概略的に示す装置１０上で製造されてもよい。この装置の好ましい実施形態において、おむつ２０を構成する材料のウェブは各々、図示していないウェブデリバリシステムにより装置１０に供給される。当該技術分野で周知のように、ウェブデリバリシステムは、好ましくは、予め定められた張力レベルを維持しつつ、予め定められた供給速度でウェブを装置１０に供給する。各ウェブデリバリシステムは、好ましくは、巻き戻し装置、張力及び計量システム、並びにトラッキング装置を具備する。張力及び計量システムは、好ましくは、ダンサーなどの張力装置と、動力付きロール又はＳ字状ロールペアなどの計量装置と、巻き戻し装置の速度を調節するフィードバックシステムとを具備する。好適なウェブデリバリシステムは、米国ウィスコンシン州シェボイガン・フォールズ（Sheboygan Falls,Wisconsin,U.S.A.）のカート・Ｇ・ジョア社（Curt G.Joa Corporation）から入手可能である。トラッキング装置は、好ましくは、ウェブを導いて、トラッキング装置から出るウェブの中心線を予め定められた横の位置に配置する。米国オクラホマ州オクラホマ・シティ（Oklahoma City,Oklahoma,U.S.A.）のファイフ社（the Fife Corporation）により取引表記ファイフ（Fife）Ａ９として製造されるトラッキング装置が、好適なトラッキング装置の一例である。

プロセスを更に詳細に検討すると、おむつ２０が作製される材料の主要な製品ウェブ１４０は、典型的には、装置１０へ機械方向に提供される。機械方向は、図２において矢印ＭＤにより示されるが、この矢印は機械方向に沿って下流を指す。製造装置１０の作業中、主要な製品ウェブ１４０は、製品セグメント２６０が連続して作業ユニット１２に入り、且つ作業ユニット１２から出るように機械方向に進み、作業ユニット１２が作業を行って個々の別個の製品３００を形成する。

当該技術分野で既知のように、おむつ２０などの使い捨て吸収性物品のための典型的な製造プロセスにおいて、ウェブ形状の追加材料、並びに様々な材料からなる別個の構成要素が元々のウェブ１４０に張り付けられ、複合製品ウェブ２４０を形成し、この複合製品ウェブ２４０から、完成おむつ２０などの個々の別個の製品が最終的に分離される。これらの製造プロセスは、典型的には、製造される個々の物品に対応する複合製品ウェブの連続的なセグメントに対して、又は追加材料の部分に対して、又は別個の構成要素に対して、１製品周期あたり１回行われる周期的な作業を含む。典型的な周期的作業の幾つかは、期間感応性であるが、位相感応性ではない機能である。例えば、複合製品ウェブ２４０は、製品ごとに指定された距離を動く運搬装置により一定の速度で進められてもよい。その距離を動くという機能は、１製品期間につき１回行われるが、速度が一定であるため、運搬作業ユニットを位相に関して同期化する必要はない。その代わりに、一定の速度でこれら作業ユニットを単に作動させる、即ち、これら作業ユニットの作動を周期のみに関して同期化するだけで十分であり得る。

運搬装置はまた、速度の変更を含めた周期的な機能を行うために作動されてもよい。例えば、コンベア又はフェスツーン装置は、ウェブのセグメントを進める又は遅らせるべく、各製品周期の様々な点での製品ウェブの平均的な速度よりも速く又は遅く動くように作動されてもよい。このような作動は、例えば横機械方向に供給される別個の構成要素を重ね継ぐため又は適用するための製造プロセスにおいて望ましいこともある。また、幾つかの状況において、製品ウェブの連続的な製品セグメントは、それらの供給速度及び平均的な製品ウェブ速度間の差の全量分だけ別個の構成要素を加速する必要性を回避すべく、前述のより短い別個の構成要素の適用のために減速されてもよい。

他の周期的な作業は、製品ウェブから形成されるべき個々の製品に対応する複合製品ウェブのセグメントに対する適正な位置関係において行われるように規制されなければならない。実際、これら製品セグメントは、典型的には、同調された作業を行い、それにより複合製品ウェブの形成を開始する最上流の作業ユニットによって境界を画定される。故に、これらの機能は、期間及び位相の両方に対して感応性であり、それ故、期間及び位相の両方に関して同期化する必要がある。

この開示のために、位相感応性の作業ユニットの位相基準は、その作業ユニットに存在する製品ウェブの個々の製品セグメントである。故に、例えば、製品ウェブの各製品セグメントの先縁から後縁までの指定距離である点で適用されるべき別個の構成要素について考慮してみる。基本的には、対応する作業ユニット、即ち、この別個の構成要素を適用するのに役立つ作業ユニットは、それが各連続する製品セグメント上に構成要素を適当に適用すべく同調される時に、製品ウェブと同位相であるものとして特徴付けられ得る。別の別個の構成要素を適用するのに役立つ隣接する作業ユニットは、それが同様に製品ウェブと適当に同位相である時、瞬時に前述の作業ユニットと同じ機械的、電気的又は論理的な状態であっても、そうでなくてもよい。例えば、１．５個分の製品セグメント長だけ離れて位置し、その各々が製品ウェブの前進する製品セグメントと適当に同位相である２つの作業ユニットの瞬時の状態は、互いに対して２分の１周期分位相シフトしていてもよい。しかしながら、いかなる状態差にもかかわらず、２つの位相感応性作業ユニットの位相を一致させることは、各々が同じ製品ウェブの各製品セグメントと同位相であるように調節されることを必要とする。位相が一致している２つの作業ユニット間の状態差は、所望の完成製品ピッチ長の変化、製品ウェブが運搬される際の歪み量、別個の構成要素の所望の配置、及び、製品セグメント長に関して測定される２つのユニット間の距離に影響を及ぼす他のパラメータによって変わり得ることに留意すべきである。

示されるように、これら位相感応性の周期的作業の一例は、別個の構成要素の適用である。別個の構成要素は、典型的には、完成製品のピッチ長よりも短いので、それらは、しばしば、主要な製品ウェブよりも遅い速度で供給される構成要素ウェブからセグメントを分離することにより形成される。これらの構成要素は、次いで、プロセス又は完成製品に対する悪影響を回避すべく加速され、適用される前に適当に同調されなければならない。更に、これら構成要素は、しばしば、それらの適用プロセスを完了すべく、製品ウェブ上に押圧されなければならない。

図３、図４及び図５は、かかる別個の構成要素の適用のための代表的なサーボ作動型「選定（又は、ピックアップ）」及び「配置」作業ユニットに関する代表的な位置、速度及び力プロファイルを示す。これら代表的な図において、１つの作業周期は、作業ユニットの制御システムにおいて８０００カウントにわたって起こるものとして典型的に示される。ピックアップフェーズ中、作業ユニットは、構成要素ウェブの速度と等しいか、ほぼ等しい表面速度で移動する。配置フェーズ中、作業ユニットは、製品ウェブの速度と等しいか、ほぼ等しい表面速度で移動する。更に、配置フェーズ中、代表的な作業ユニットは、別個の構成要素の適用を完了すべく、圧縮力を印加する。ピックアップ速度から配置速度への推移において、サーボは加速され、そして減速される。図３において、位置プロファイルは、製品位置に対応する作業ユニットの位置値で構成される。図４は、結果生じる速度プロファイルを示す。例証を単純化するために、規格化された作業ユニット速度の目盛りが示されており、製品ウェブの前進率に対応する速度は、目盛りの「１」により示されることに留意すべきである。図５に示される力プロファイルにおいて、作業ユニットが圧縮力及び張力のいずれも印加するようには制御されていない中立の状態は、目盛りの「０」により示される。配置フェーズ中の圧縮力の印加は、チャートの中立線よりも上、即ち、チャートの「圧縮力」領域における力レベルによって表される。

かかる代表的な実施形態において、作業ユニットに関する運動値、即ち、位置、速度及び／又は加速値、並びに力値は、表形式でコントローラ内に記憶され、第一参照縦列は製品位置値を含み、第二縦列はサーボシステムに関する作業ユニット値を含んでもよい。あるいは、位置、速度及び／又は加速プロファイルは、コントローラがマスター軸の位置に基づいて解読作業を行い、運動の軌道を割り出す一組の式にて定義されてもよい。同様に、力プロファイルは、コントローラがマスター軸の位置に基づいて解読作業を行い、力レベルを割り出す一組の式にて定義されてもよい。

位相感応性の周期的作業の他の例としては、複合製品ウェブの別個の部分の切断及び除去、並びに個々の完成製品の分離が挙げられる。機械的な運動、トルクの生成及び／又はこれらの各作業に必要な力の印加は、連続する製品にわたって適当に同調され、正確に繰り返されなければならない。既に述べたタイプを代表する特定のおむつ製造作業は、締結具を適用すること、側部片を切断及び除去して側部切り欠きを形成し、それにより製品を砂時計形状にすること、及び製品形成プロセスの最後に連続する複合製品ウェブから完成製品を分離することである。締結具、側部切り欠き及び最終的な切断の適当な位置関係は、完成製品にそれらの形状及び機能性を付与するものである。位置の誤差により、欠陥製品、例えば、クロッチ領域に締結具を有するもの、砂時計形状を欠いているもの、又は更に吸収性コアを貫いて分離されるものが生じる可能性があることが明らかである。

図６及び図７は、３つの異なるピッチ又は製品セグメント長の製品を製造する際の、所与の周囲を有する代表的な切断ユニット（例えば回転ナイフ）の位相感応性の周期的作業に関する代表的な位置プロファイル及び速度プロファイルを示す。やはり、１作業周期は、作業ユニットの制御システムにおいて８０００カウントにわたって起こるものとして典型的に示される。回転ナイフの場合、作業周期は、単に、１つの切断の完了から次の切断までのような任意の２つの繰り返し点間での回転である。したがって、製品ウェブにおいて特定の切断を行う回転ナイフは、回転ナイフが１回転ごとに行うこれら切断と同数の１回転あたりの周期を完了する。

第一の例として、製品ピッチに等しい周囲を有し、１回転あたり１回のみ切断を行う回転ナイフについて考慮してみる。図６において「１×ピッチ」により示される位置プロファイルは、周囲がピッチの一倍に等しい時、即ち、周囲が製品ピッチに等しい時、単純な１：１の比が維持され、それにより、製品が位置１０００にある時、ナイフは位置１０００にあることを示す。この例について、製造装置が一定の比率で動作し、故に、製品ウェブが一定の線状速度で前進するということについて更に考慮してみる。ナイフの運動対製品ウェブの運動の比が１：１であるので、図７は、「１×ピッチ」プロファイルに沿って製品周期全体を通して一定である時の切断作業ユニットの回転速度を示す。例証を単純化するために、規格化された回転速度の目盛りが示されており、製品ウェブの前進率に等しいナイフの接線速度に対応する回転速度は、目盛りの「１」により示されることに留意すべきである。

多様な実施形態において、ナイフの接線速度は、切断される製品ウェブの線状速度とあらゆる好適な関係を生じてもよい。例えば、ナイフの接線速度は、ナイフの周囲が製品ピッチと等しい本例におけるように、製品ウェブの線状速度と一致してもよく、又は、特定の割合だけ製品ウェブの速度とは異なり、故に、切断点において製品ウェブの速度よりも大きいか、又は小さくてもよい。

次に、切断される製品の線状速度にナイフの接線速度を一致させつつ、ナイフの周囲の二倍であるピッチを有する製品を切断するために、所与の周囲を有する同一のナイフユニットを使用することについて考慮してみる。ナイフの周囲は製品ピッチの２分の１であるので、ナイフは、切断中、「１×ピッチ」例の二倍の比率で回転しなければならない。しかしながら、切断がなされた後、ナイフは、余分に切断してしまうのを回避し、且つ、次の製品セグメントと同位相である次の切断のための正しい位置に到達するように、前よりも遅い速度で回転しなければならない。図６の「１／２×ピッチ」により示される位置プロファイルは、ナイフユニットの周囲が製品ピッチの２分の１であるこの状況を表している。この位置プロファイルは、切断が行われる周期の第一部分に関しては製品位置の比率の二倍で変化し、次いで、残りの周期に関しては製品位置の比率よりも小さい回転率で変化するナイフの回転位置を示す。相応して、図７の「１／２×ピッチ」で示される回転速度プロファイルは、切断が行われる第一部分に関しては規格化レベル２で、次いで、残りの周期に関しては１未満のレベルでの作業ユニットの回転速度を示す。もちろん、ナイフが代表的な８０００カウントで１周期を完了するために、周期中の回転速度の積分は、ナイフユニットの周囲が製品ピッチに等しい前の状況におけるのと正に同じく、１回転に等しくなければならない。

最終的に、切断される製品の線状速度にナイフの接線速度を一致させつつ、ナイフの周囲の２分の１であるピッチを有する製品を切断するために、所与の周囲を有する同一のナイフユニットを使用することについて考慮してみる。ナイフの周囲は製品ピッチの二倍であるので、ナイフは、切断中、「１×ピッチ」例の２分の１の比率で回転しなければならない。しかしながら、切断がなされた後、ナイフは、次の製品セグメントと同位相である次の切断のための正しい位置に到達するように、前よりも迅速に回転しなければならない。図６の「２×ピッチ」により示される位置プロファイルは、ナイフユニットの周囲が製品ピッチの二倍であるこの状況を表している。この位置プロファイルは、切断が行われる周期の第一部分に関しては製品位置の比率の２分の１で変化し、次いで、残りの周期に関しては製品位置の比率よりも大きい比率で変化するナイフの回転位置を示す。相応して、図７の「２×ピッチ」で示される回転速度プロファイルは、切断が行われる第一部分に関しては規格化レベル０．５で、次いで、残りの周期に関しては１よりも大きいレベルでの作業ユニットの回転速度を示す。もちろん、ナイフが代表的な８０００カウントで１周期を完了するために、周期中の回転速度の積分は、ナイフユニットの周囲が製品ピッチに等しい前の状況、及び製品ピッチの２分の１に等しい前の状況のそれぞれにおけるのと正に同じく、１回転に等しい。

一般に、周期的な作業は、典型的には、機械方向及び垂直方向運動を含む。例えば、締結具の適用は、しばしば、締結具が適用されるべき連続する製品ウェブの特定の製品部分の標的領域のそれと一致する機械方向運動と、締結具を標的領域上に配置する垂直方向運動とを組み合わせて必要とする。同様に、幾つかの切断作業は、標的領域のそれと一致する機械方向運動を必要とすることに加え、製品ウェブの貫通及び分離を実施するための垂直方向運動も必要とする。同様に、幾つかの周期的な作業は、横機械方向運動を含む。例えば、幾つかのプロセスにおいて、接着剤又は弾性要素の適用のため、又は製造される物品の構造要素の折り畳み若しくは張力付与のために、曲線状、対角線状又は厳密に横機械方向の運動が必要とされることもある。

位置規制及び／又は力の規制を必要とする代表的な周期的製造作業としては、結合、エンボス加工、起動、穿孔、分離、カレンダー加工、保持、円滑化、皺加工、折り畳み、滑動、回転、再配向、前進、遅延、ひだ付け、クレーピング、薄化、拡散、照準非接触アプリケータ、コーティングなどの作業が挙げられる。これらの作業は、複合製品ウェブ、複合製品ウェブの一部になるべく定められた別個の構成要素、別個の構成要素の周りに折り畳まれる別のウェブ、完成製品を収容すべく包装されるか、又は成形されてパッケージになるフィルムなどの製品セグメントの一部分に対する、張力、圧縮力及び／又は捩り力のプログラムされた印加を含んでもよい。これらの作業に必要なプログラムされた運動は、直線運動、回転運動、往復運動、連続的な運動、不連続的な運動、断続的な運動、均一な運動、不均一な運動、又はこれらの運動形態のあらゆる組み合わせであってもよい。本明細書に列挙された例に加え、本発明の他の多くの潜在的な適用が当該技術分野において知られている。本発明の方法は、これらのあらゆる周期的な製造作業を行うために使用することができる。

本発明の方法において、かかる製造作業は、マスター基準信号に応答してサーボシステムにより周期的に作動される作業ユニットによって行われる。この信号を付与するマスター基準の１周期は、好ましくは１製品周期に対応し、完成製品が形成された後に複合製品ウェブから分離される製造装置において、マスター基準の１周期は、好ましくは１つの完成製品の分離に対応する。周期的なマスター基準の数値は、好ましくは、製造装置又はあらゆる作業ユニットにおけるあらゆる点での前進する製品ウェブの位相に対応する。故に、マスター基準の周期は全ての製品ピッチに関して同一であり得、これにより、上述のナイフユニットの例で例証されるように、作業ユニットのサーボコントローラに関する運動プロファイルのプログラムされた変化のみが、１つの製品ピッチから別の製品ピッチへと変更するために必要とされる。

当業者には明らかであるように、かかる装置において、装置の長さに沿って導入された様々な材料から１つの完成製品を形成することは、多くの製品周期及び多くのマスター基準周期にわたって行われてもよい。例えば、おむつ製造装置は、製品ウェブから形成されるべき個々の製品に対応する複合製品ウェブのセグメントの何倍もの長さを有してもよい。幾つかの実施形態において、マスター基準の１周期が２以上の製品周期に対応しても、２以上のマスター基準周期が１製品周期に対応してもよい。これらの実施形態においても、整数数のマスター基準周期は整数数の製品周期に対応するのが好ましく、それにより、周期的なマスター基準信号の数値と前進する製品ウェブの位相との対応が維持される。

周期的なマスター基準信号の数値は、符号器又は分解器、仮想電子符号器又は電子信号生成器などの増分又は絶対位置トランスデューサを含めた当該技術分野で知られている多くの手段により生成してもよく、又はコンピュータにより生成された一連の周期的な位置の数値であってもよい。マスター軸の位置は、デジタル的にサーボコントローラに送信されるか、あるいは、別個数のパルスをカウントする方法によりサーボコントローラによって、又はマスター位置基準により生成されたアナログ信号を読み取ることにより、又は当該技術分野で既知の様々な他の方法によって決定され得る。

前述のナイフユニットの例に戻ると、図８は、マスター基準信号に関する、かかる位相感応性の作業ユニットの制御を更に詳細に示す。代表的なナイフ５５は、駆動ベルト又はギア駆動装置５２を通して回転サーボ駆動装置５１により駆動され、１製品につき１回転する。更に説明するように、復帰センサ５０は、ナイフの刃を感知する。複合製品ウェブ２４０はナイフの方へ進み、ここで切断されて別個の製品３００を形成する。本例のマスター基準信号は、パルストレイン６４として示されている。マスター基準信号のパルスの最小値及び最大値は、それぞれ６０及び６１として示されている。本例において、製品ウェブの１製品セグメントの前進に対応するマスター基準信号の１周期の長さは１０パルスである。実際、製品と同位相で循環されるあらゆる別個の構成要素は、そのピッチにかかわらず、マスター基準に対して、即ち、制御システムのマスター軸に対して分離され得る。

パルストレイン６５は、図８における作業ユニット位置を表し、パルスの最小値及び最大値は、それぞれ６２及び６３として示されている。あらゆる実数のパルス６５は、この数が所与の製品に関して固定され、作業ユニットの運動を代表する限り、製品周期内の作業ユニット位置を表してもよい。本例において、ナイフ作業ユニットのパルストレインにおける１周期あたりのパルス数は、マスター基準信号のそれの二倍であり、それにより、１回転につき２０位置パルスが生じる。図８のパルス６５の一貫した間隔は、製品周期における２０パルスという一貫した周波数を表し、この一貫した周波数は、ナイフユニットが製品ピッチと同じ周囲を有する上述の状況におけるように、一定の速度に対応する。幾つかの実施形態において、例えば、ナイフユニットの周囲とは異なる製品ピッチを有する製品ウェブにて切断を行うためにナイフの速度が変更される上述のような状況におけるように、この周波数を回転中に変更してもよい。

本発明の方法において、位相感応性の作業ユニットの１つは、別の同様のユニットの予備的な同期化のための基準として使用してもよい。この同期化は幾つかの工程を包含し、復帰手順から始めてもよく、作業ユニットは、予め定められた物理的な開始状態にリセットされ、そのサーボコントローラはゼロ又は別の基準値にリセットされる。復帰は、作業ユニットと、そのサーボコントローラとの位相関係が不確定である時に必要である。例えば、サーボモータと回転ナイフの間の駆動ベルトを取り外して交換する時、サーボモータの回転位置に対するナイフの回転位置を変更してもよい。復帰手順は、作業ユニットと、そのサーボコントローラとの確定的な位相関係を回復する。

そのサーボ作動装置の位置に関する場合の作業ユニットの位置は、作業ユニット又はその機械的駆動システム上に置かれたセンサにより決定される。センサは、製品あたり１回の頻度、又は任意の製品の整数倍の頻度で生じる作業ユニットの独自の状態を検出するように設計される。センサは、作業ユニットが運動する時の変化を認識することができる、金属プロキシミティ、光学プロキシミティ、磁気、又はあらゆるデジタル若しくはアナログ装置又はシステムであり得る。センサにより検出され得る物理的な「フラッグ」は、作業ユニット又はその機械的駆動システムの任意の部分上に設けられてもよい。「フラッグ」は、作業ユニットか、又はその復帰位置を画定するために使用できるその駆動システムの、若しくはその上にある、あらゆるマーク、圧痕又は物理的な属性であり得る。

代表的な自動復帰方法は、オペレータから、又は一連のプログラムされた論理工程を実行する別個のコントローラからの信号付与から始まる。信号を受信すると、サーボが活性化され、コントローラがサーボ作動装置を動かし始める。「フラッグ」がセンサをオンにすると、コントローラはサーボ作動装置を停止し、次いで、「フラッグ」がセンサをオフにするまでサーボ作動装置を前進させるか、又は後退させる。センサがオフにされると、コントローラは、作業ユニットの位置をゼロ又は他の基準数としてその内部メモリにマークする。ここで、サーボ作動装置の位置は、作業ユニットの実際の位置を参照される。

確認し易いか、又は達成し易い特定の状態を、作業ユニットの「復帰」状態として指定するのが望ましい場合が多い。例えば、ウェブが存在しない状態で刃の先端がアンビルの表面と最初に接触するその回転における点を、切断ユニットの復帰位置として指定するのが望ましいこともある。同様に、締結具プリケータの復帰状態を、真空ヘッドが完全に収縮されるその複雑な運動プロファイルにおける点として指定するのが望ましいこともある。しかしながら、特に、復帰状態の自動感知が望ましい時、かかる状態をホームとして指定することが常に実用的であるとは限らない。かかる自動感知は、リミットスイッチ、プロキシミティセンサ、フォトアイ、符号器、圧力センサ、トルクセンサ、力センサ、又は作業ユニットが特定の状態に達するか、又はその状態である時に別個の信号を生成する他の手段を使用することにより達成され得るので、保守及び修理のし易さ、部品の費用及び目的の構成要素の視認性などの考慮点を踏まえて、自動感知手段の構成が決定され、次いで、作業ユニットの復帰状態が決定されてもよい。例えば、アンビルよりもかなり上の位置で上述の切断ユニットの刃の先端を感知することが、アンビルとの最初の接触を検出する複雑な機構に投資するよりも実用的であることもある。結果として、複数の作業ユニットの復帰状態として、それら全てが特定の製品ウェブと同位相である状態を単に指定することは実用的でない場合が多い。また、上述のように、製品セグメントの長さに関して測定される２つの作業ユニット間の距離に影響を与えるパラメータの変化はまた、同じ製品ウェブに同調される時のそれらの状態間の差に影響を及ぼすこともある。

したがって、位相オフセットは、例えば、２つの作業ユニットを単に復帰させるだけでは、それらの位相を一致させるには不十分であって、位相オフセットを用いて２つのユニットの復帰状態間の差を補償し得る場合などの幾つかの例において必要とされる。例えば、２つの回転作業ユニットの場合、同じ製品ウェブに対してそれらの位相を一致させるべく、一方のユニットを他方のユニットよりも、その復帰角度よりも更に大きい度合いで回転させることが必要であることもある。２つの回転ユニットの位相を一致させるには、かかる位相オフセットが必要となることもある。なぜなら、それらの間の距離は製造される特定の製品のセグメント長の整数倍ではないから、実際の考慮点はそれらの自動感知手段が異なって配置されることを要求するから等である。

原則として、作業ユニットの位相オフセットは、作業ユニットの復帰状態と、作業ユニットが製品ウェブの前進する製品セグメントと同位相である状態との差である。故に、原則として、位相オフセットの大きさは、作業ユニットの瞬時の位置と、製品ウェブの前進する製品セグメントとの比較により決定される。これを実際の用途で達成するために、前進する製品セグメントについての位置基準、即ち、製品位置基準を選択しなければならない。製品についての位置基準は、製造ライン上の別の作業ユニット、コントローラにおける仮想基準、製品の位置に直接関係する信号を付与する位置センサ又は感知システム、又は実際の製品ウェブであり得る。作業ユニットの位相オフセットは、例えば、製品位置基準からのオフセットとしての計算、機械が作動している間に製品位置が観察される時のオペレータによる手動エントリ、又はオフセットを決定できる装置又はシステム（例えば、同調、位置合わせ又はビジョンシステムなど）からのデジタル信号又はアナログ信号のコントローラへの自動エントリによることを含めた多くの方法で決定することができる。かかる自動制御システムにおいて、サーボコントローラは、幾つかの論理状態が生じると、ライン開始直前又はライン開始中に次の復帰を含む作業ユニットの位相オフセットを開始してもよい。

２つの作業ユニットの同期化のために必ずしも復帰が必要であるとは限らないこと、及び位相オフセットは復帰無しでも使用することができるということに留意すべきである。例えば、製造装置が作動され、作製される製品にて位相不一致の影響が観察される場合、観察された不一致に比例する量だけ誤同調された作業ユニットの位相をオフセットすることにより同期が達成され得る。この量は、オフセット作業ユニットがある理由により復帰される状態におけるように、電子的に記憶され、再び適用され得る。復帰後の記憶された位相オフセットの適用は、故に、基準ユニットと同期される作業ユニットの前の状態を回復してもよい。同様に、機械のジャム又は機械的な駆動構成要素の故障などの状態において、作業ユニットの状態が確定的なままである限り、即ち、サーボシステムが影響された作業ユニットを正確に監視する能力を保持する限り、記憶された位相オフセットを回復することができる。位相オフセットはまた、例えば製造装置の製造率の変化又は材料の変化が製造ウェブ上での別個の構成要素の配置に影響を及ぼす時などには他の目的にも使用できる。例えば、より高い製造率では、速度がより速くなり得、別個の構成要素の同じ配置を維持するために、作業ユニットの作動を進める又は遅らせることが必要となることもある。一例は、その運動プロファイルが高い比率で同期化されたままであるが、それ自体が速度に対して感応性である材料片に対して作業を行う線状作動装置である。材料片の結果の配置がより速い速度に起因して効果的に位相を遅らせる場合、位相をオフセットして作動を進めることにより、所望の性能が回復されてもよい。

復帰又は位相オフセットのいずれが必要であるかにかかわらず、幾つかの作業ユニットの同期化は、個々のユニットの位相の調節を必要とすることもある。例えば、基準ユニットがその復帰状態にないが、まだ確定的な状態にある場合、他の作業ユニットの位相同期化は、基準ユニットの位相と一致するようにそれらを調節することを包含してもよい。故に、回転作業ユニットの例を用いて、回転基準ユニットとのその同期化は、基準ユニットの既存の位相と一致するように復帰され、位相オフセットされ、更に作動されることを必要とするか、又は、同期化が行われる特定の情況に基づいて、これら３つの工程のうちの２つのみ、又は最後の１つだけを行うことを必要とすることもある。例えば、各サーボ作動式作業ユニットは、ラインシャフト又は他の機械的なマスター軸に対して堅く連結されていないので、作業ユニットは、ラインが停止されている期間中、製品位置基準に対して位相を異にすることが可能である。製造ラインが再開する前、又は再開する時、作業ユニットは、良好な製品、即ち仕様内である製品が作製され得るように同期化されなければならない。

目的のパラメータは、同期化位置の誤差であり、この誤差は、その作業ユニットに関する位相オフセットにより補正されるような、製品位置基準のその復帰状態に関する位置と、同期化される作業ユニットのその復帰位置に対する位置との瞬時の差である。以下の式はこの誤差を算術的に表すものであり、誤差を計算するためにサーボコントローラにプログラム化され得る。

同期化位置の誤差＝製品位置基準の現在の位置−（現在の作業ユニット位置−作業ユニット位相オフセット）
作業ユニットの機能、属性及び特性に応じて、計算された同期化位置の誤差を排除するのに適切な方法が選択される。その方法は、典型的には、可能な限り良好な製品を作製するように作業ユニットを準備する上で最も効果的且つ能率的であるように選択される。特定の状態に応じて、適切な方法は、製造装置を開始する前に、作業ユニットを前方又は後方に回転させるか、若しくは動かすこと、又は、製造装置を開始して作業ユニットの第一の回転若しくは運動内にて同期化位置の誤差を排除することであってもよい。

図９は、復帰、位相オフセット及び位相一致手順のシーケンスを示すフローチャートである。示されるシーケンスで行われる時、これらの手順の結果として、サーボコントローラは、製品位置基準の位置に対してサーボ作動装置の位置及び作業ユニットの位置を変換する。フローチャートに示すように、サーボ作動装置は、復帰手順において作業ユニットを動かし始める。作業ユニットが動いている間、サーボコントローラは、復帰工程が完了することを示す推移に関してその入力を連続して精査する。復帰工程に続いて、作業ユニットは、オペレータ又は自動装置によりサーボコントローラに入力された量に基づいて、位相オフセットの量だけその復帰位置から離れる。最終的に、ユニットは、同期化位置の誤差を排除するように動き、それにより、作業ユニットの位相を製品位置基準に一致させる。

マスター基準信号が一連のデジタルパルスの形態、又は同様の機能性を有する別の形態を有する時、パルスは、個々に同定されてもされなくてもよい。パルスが同定されない場合、基準作業ユニットとマスター基準を位相同期化する必要がない場合もある。代わりに、幾つかのサーボシステムは、それらの各作業ユニットの作動に関するプログラム化された軌道において連続する工程を実行することによって、単に各パルスの受信に応答することができる。換言すると、マスター基準の位相を参照することなく、一連のパルスと同期して作業ユニットを作動することが十分である場合もある。デジタルサーボシステムを使用する実施形態において、これらサーボシステムは、かかるマスター基準信号に追従する能力を有し、作業ユニットの作動は、マスター基準と同じ期間を有する。更に、上述のように、作業ユニットは位相に関して一致されているので、それらは同じ期間及び位相の両方を有し、即ち、それらは互いに対して同期化されている。故に、製造プロセスの上流端から下流端まで、同期化されたサーボ作動式作業ユニットは同期して動作し、製品ウェブの連続する製品セグメントから製品を形成する。

マスター基準信号が同定されたパルス又は他の同様の要素の形態を有する時、基準作業ユニットとマスター基準を位相同期化することは有利であり得る。例えば、製品ウェブが破断されていない状態で製造装置が故障し、結果として停止される場合、マスター基準は、好ましくは、製品ウェブにおいてその前に形成された製品セグメントと同調しているままである。故障の補正に続いて、基準ユニットのサーボシステムが基準ユニットの状態を連続的に監視する限り、基準ユニットはマスター基準に同調され、それにより、同期化位置の誤差を排除することによってそこにある製品ウェブに対して適当な位相に回復され得る。故に、基準ユニットが位相を異にするならば、欠陥製品の製造を防止するために必要であるように、装置はそこにある製品ウェブを除去することなく再始動され得る。逆に、停電状態などのように監視が連続的ではなかった場合、基準ユニットが製品ウェブと機械的に同位相のままであるならば、マスター基準を基準作業ユニットに同調させることが有用であることもある。幾つかの状態において、マスター基準と基準作業ユニットとを同期化する最も簡便な方法は、単にマスター基準をその開始点にリセットし、基準作業ユニットをその復帰状態へ作動させることであり得る。この同期化に対する別のアプローチは、基準作業ユニットを作動させ、基準ユニットがその復帰状態に達する時にマスター基準をリセットすることである。

典型的な製造装置又はラインでは、停止及び開始が頻繁に起こり得る。これらの停止が起こると、サーボ作動装置を不活性化することが必要な場合もある。サーボ作動装置が不活性化されると、関連付けられた作業ユニットの位置はもはや制御されず、作業ユニットは、製品ウェブにおいてその前に形成された製品セグメントに対する非同期位置まで移動し得る。図１０は、作業ユニットとマスター基準との同期、及び故にその前に形成された製品セグメントの位置との同期を再び確立し得る工程のシーケンスを示す。このシーケンスが有用であるために、サーボ作動装置が不活性化されている間、作業ユニットの位置が監視されることが必要であり、上述のように、マスター基準は活性化されたままであることが必要である。作業ユニットの監視は、例えば、サーボ作動装置に堅く連結されている位置センサを使用する、又は作業ユニットに堅く連結されている位置センサを使用するなどの様々な方法を用いて達成させることができる。いずれの場合も、位置センサは、サーボ作動装置が再び活性化されるか、又はサーボ作動装置が再び活性化される時に使用される作業ユニットの位置を連続して監視している時、作業ユニットの位置を伝達することができなければならない。オペレータが製造装置の再始動を始める時、サーボ作動装置は再び活性化され、コントローラは、マスター基準位置と、サーボ作動装置又は作業ユニット自体の位置とを比較する。

同期化位置の誤差を排除するための２つの代表的な経路が図１０のフローチャートに示されているが、他の変形も可能である。故に、同期化位置の誤差が計算されると、多様なアプローチのうちの１つを用いて誤差が無効化される。特定のアプローチの選択は、典型的には、作業ユニットの機能及び作業ユニットが動作しているプロセスの特性に応じる。選択基準としては、製品ウェブへの影響を最小限に抑えつつ、可能な限り迅速に誤差を無効化することの望ましさが挙げられる。例えば、ウェブが停止されている間にナイフを動かすことにより製品ウェブを不注意に切断するという危険性を冒すのではなく、装置の起動中、ユニットが動いている間に、回転ナイフの同期化位置の誤差を排除することが好ましいこともある。一方、接着剤スプレーノズルなどの非接触装置を動かすことは、停止された製品ウェブに損傷を与えるという危険性を最小限に抑える確率が高いので、かかる装置の同期化位置の誤差は、起動前に排除され得る。

幾つかの状態において、復帰、位相位置オフセット、基準作業ユニットとマスター基準との同期化、及び残りの作業ユニットと基準ユニットとの同期化という前述の手順の全てを行うことが必要であり得る。例えば、サーボシステムの不活性化を完了した後に起動する場合、様々な位相関係が再び確立される必要があり得る。また、作業ユニットをサーボ作動し、装置が動いている間上述の工程を実行することにより、機械が再始動されると位置関係を自動的に再確立することも可能であり得る。上述の「事前作業」同期化工程の完了の後、サーボシステムはマスター基準に合わせて機能し、製造装置の進行中の作業中、サーボ作動式作業ユニットの同期化を維持し、それにより、製品ウェブの製品セグメントを完成した別個の製品に形成する。

幾つかの適当な基本的概念を導入するために上述の代表的な周期的作業について説明してきたが、本発明において使用され得るサーボ作動及び制御システムの幾つかの要素について説明することが理解の上で有用であり得る。

プログラム可能なシステムの電動モータは、モータ力が比例的に変わり得るように変調信号を送出することができるあらゆる電源で駆動することができる。回転運動を必要とする実施形態において、モータのトルク出力は、所要の力を送出するように制御され得る。線状運動の場合、線状モータのスラストは、所要の力を送出するように制御され得る。力信号は、典型的には、幾つかの既知の方法のいずれかによって制御され得る電流である。かかるモータにより駆動される作業ユニットの位置は、様々な既知の方法で制御され、本明細書で述べるようなウェブプロセスに同期化され得る。典型的な制御システムは、作業ユニット、関連付けられるモータ、あるいはその両方からの位置フィードバックを利用する。しかしながら、作業ユニット又はモータ上の位置フィードバック装置は、作業ユニットの位置が他の手段により推測され得る場合、必要とされても、されなくてもよい。典型的な位置フィードバック装置は、符号器又は分解器を組み込むトランスデューサシステムであるが、作業ユニットの実際の位置又は推測された位置をシグナル化することができるあらゆるシステムを使用することができる。デジタル的に制御され得るモータ制御システムは、変調力信号を生成するモータ電力供給源に比例的な信号を供給する。

制御システム、電源、フィードバック装置、及びモータ装置、並びにサーボ作動による作業ユニットの運動を生成し、制御するために必要とされる他の構成要素は、本明細書においては、作業ユニット用のサーボシステムとして称される。好適なサーボシステムは、作業ユニットの位置を連続して制御し、故に作業ユニットと製品ウェブの前進との同期化を可能にすることができる。各作業ユニットは、所要の運動又は力を生成するのに必要な１以上のサーボシステムを包含してもよい。幾つかの実施形態において、回転同期化は、線状同期化と組み合わされて、別個の構成要素の処理を提供する一方で、複合製品ウェブの構築のためにこれらの構成要素を位置決めしてもよい。２以上のサーボシステムの同期化が必要とされる実施形態において、個々のサーボシステムは、マスター基準軸などの共通の基準軸と同期化されてもよい。あるいは、サーボシステムは、別のサーボシステムと同期化されてもよい。

好適な駆動基準システムは、製品ウェブの前進に対応するマスター基準からの信号を駆動コントローラに与えることができる。マスター基準の各周期は、好ましくは、整数の製品セグメントの前進に対応し、例えば、１周期は１製品セグメントに対応してもよい。マスター基準信号がパルスを含有する実施形態において、所与数のパルスが１周期を構成し、故に、１製品セグメントに対応してもよい。パルスの周波数は、作業ユニットの速度を決定するのに使用してもよい。幾つかの実施形態において、マスター基準信号は絶対値を含んでもよく、各値は、製品ウェブの増分前進を表してもよい。一般に、作業ユニットのサーボシステムは、マスター基準信号の各入来パルスに対する作業ユニットの反応を決定する。

マスター基準及び作業ユニット用サーボシステムの機能は、一般には、製造装置が動作される比率により影響を受けることはないということに留意してもよい。特に、マスター基準の１周期は、広範な速度にわたって、同じ数の製品ウェブの製品セグメントの前進に対応し得る。同様に、製品セグメントの前進に対する作業ユニットの応答の相関関係の整合性は、基本的には、特定のサーボモータのトルク能力などの物理的な制約のみによって制限される。

しかしながら、特定の実施形態において、作業率、製品ウェブの速度又は他の要因に応じて別に応答するように、同期化されたサーボシステムをプログラムすることが望ましいこともある。例えば、結合する作業ユニットが、所望の強度レベルで２つの材料を結合するべく、比較的低い作業率で比較的高い圧縮力を印加することが必要なこともある。比較的高い作業率では、高い力レベルは過剰であり、材料を穿刺することがある。故に、作業率に反比例してその圧縮力の絶対レベルを変更しつつ、この代表的な結合ユニットを期間及び位相に関して同期化することが有用であることもある。同様に、別個の構成要素の取扱い又は適用中、速度不一致又は位置不一致を包含する同期化されたプロセスを行う作業ユニットが作動されて、例えば、入来ウェブの速度に応じて、より大きい又はより小さい速度率、又は、より大きい又はより小さい速度又は位置の絶対差を生成してもよい。別の例として、作業ユニットの位相オフセットは、速度又は加速度に関連する影響を補償し、それにより、サーボ作動装置によって動かされる、製品ダイバータなどの機械の構成要素によって行われる機能における明らかな遅延を回避するべく、作業率に比例して変更されてもよい。

本発明の方法において適用するのに適するサーボシステムは、多数の制御方法及びアルゴリズムのいずれかを利用することもできる。例えば、サーボシステムの位置基準は、事前に計算されたカムプロファイルであっても、連続的に計算されたプロファイルであっても、又は位置軌道生成アルゴリズムであってもよく、デジタルベースでもアナログベースでもよい。同様に、作業ユニット用の運動軌道は、事前計算されたプロファイル又は製品ウェブの速度により修正されるプロファイルに基づくものでもよい。

吸収性物品を製造するための典型的な作業において必要とされる運動は、複数の加速度と、際限なく変化する速度から構成される。その運動は、製品ウェブの平面内、又はウェブの平面外であり得る。これらの作業を行う機構としては、ナイフ、他のカッター、プリンタ、溶接機、超音波装置、アプリケータなどが挙げられる。作動装置としては、様々なサーボモータ及びＤＣ又はＡＣモータが挙げられる。所要のトルク及び力を機械的機構に付与するに十分な電力の電子機器を具備する電力増幅器は、典型的には、各サーボモータに電力を付与する。製品ウェブが製造装置を通って前進するにつれ、各サーボ作動装置のためのコントローラは、連続的な位置プロファイルを表す信号を電力増幅器に付与し、製品セグメント長に対応するピッチで運動を生成してもよい。位置プロファイルの繰り返し頻度は、１製品セグメントにつき周期が少なくとも１回生じるか、又は一定の比率か一貫したパターンで製品セグメントをスキップする比率で生じるような製品率の整数倍であってもよい。

サーボコントローラは、各製品セグメントが作業ユニットを通過する時の製品セグメントの位置と、作業ユニットの位置が製品ウェブの各製品セグメントに同調されるような作業ユニットの位置とに対応する事前に計算された値のプログラムされたテーブルを記憶していてもよい。かかるテーブルにおいて、作業ユニット位置の値は、製品位置の値を参照されている。数字は、典型的には、表形式の２つの縦列に配列されており、第一縦列は製品位置の基準値を含み、第二縦列は対応する作業ユニットの位置値を含む。あるいは、第二縦列は、作業ユニットを駆動するのに必要な速度、トルク又は力を表す対応値を含んでもよい。表形式で表されたプロファイルは、サーボ、増幅器及び機械的なシステムの能力の範囲内であるサーボ作動装置のトルク又は力と速度との無限にある組のいずれを説明することもできる。かかる「ルックアップ」テーブルは、サーボコントローラの制約内であればいかなる大きさをも有することができる。テーブル内の値の変換は、コントローラの位置変換、マスター軸生成器、コントローラの走査時間及びマスター軸位置データの更新率、並びに行われるプロセスの要件に基づいて、特定のレベルで設定されてもよい。

以下の代表的な位置座標の「ルックアップ」テーブルは、マスター基準に関する位置値と、作業ユニットを制御するサーボシステムに関する対応値とを含む。一般に、作業ユニットコントローラが追従するようにプログラムされるサーボ軸は、基準軸と呼ばれる。

基準軸が、前進する製品セグメントの位置を表す基準軸の位置座標の値を通って循環する時、作業ユニット用サーボコントローラは基準軸の位置値を読み取り、そのテーブルから対応する作業ユニットの位置値を使用して、プログラムされた位置プロファイルに沿って作業ユニットを作動させる。特に、テーブルに含まれた作業ユニットの位置値は、プロセスにより必要とされる運動プロファイルを生成するべく計算され、この運動を生成するべくサーボコントローラの軌道生成器において使用される。基準軸の値が、製品ウェブ内の等間隔に配置された製品セグメントの位置を表すので、作業ユニットによって行われる方法工程は、連続する製品セグメントの形成に同期化される。製品位置の基準値に対応する同様のトルク値及び力値の「ルックアップ」テーブルもまた、周期的な作業の同期化された制御のために使用できる。

テーブルの値は、基準軸と、作業ユニットを駆動するサーボシステムとのギア比を表すことができ、この比は、基準軸の位置に応じて変化するようにプログラムされ得る。例えば、上述のテーブルにおいて、基準軸の位置が０〜４０００カウントの範囲において、作業ユニットは、基準軸が４０００カウントの場合は２０００カウント動き、ギア比は１：２になる。基準軸の位置が４０００〜８０００カウントの範囲において、作業ユニットは、総計で６０００カウントの運動の場合、２０００〜８０００カウント動き、この範囲にわたる平均ギア比は、（６０００／４０００）即ち１．５：１である。故に、この表にした位置プロファイルは、ナイフユニットが各周期の一部に関して製品ウェブの前進の２分の１の比率で回転する前述のプロファイルと同様である。

事前計算された座標をテーブルに付与する代わりに、一連の式を用いて、基準軸の位置の関数として運動プロファイルを記すことができる。基準軸の関数として所要の運動を記すあらゆる式又は一連の式を、サーボ作動装置の位置基準として使用することができる。例えば、台形関数並びに他の関数（サイクロイド又はｎ次多項式）を様々な実施形態で使用してもよい。

本発明の多様な実施形態及び／又は個々の機構を例示し説明したが、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく様々な他の変形及び変更が可能であることが、当業者には明らかである。これも当業者には明らかであろうが、先行する開示で教示された実施形態及び特徴のあらゆる組み合わせが可能であると共に、本発明の好ましい実施となり得る。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を添付の特許請求の範囲で扱うものとする。

トップシートの側が見る者の方を向いており、下層構造を露呈するために選択部分が切り取られている、本発明の方法により製造され得る使い捨て吸収性物品のおむつの実施形態の簡略化した平面図。 本発明が使用され得る製造装置の簡略化した概略図。 別個の構成要素の適用のための、サーボ作動式選定（又はピックアップ）及び配置作業ユニットに関する代表的な位置プロファイル。 別個の構成要素の適用のための、サーボ作動式選定（又はピックアップ）及び配置作業ユニットに関する代表的な速度プロファイル。 別個の構成要素の適用のための、サーボ作動式選定（又はピックアップ）及び配置作業ユニットに関する代表的な力プロファイル。 ３つの異なるピッチ又は製品セグメント長の製品を作製する際の、所与の周囲を有する代表的な切断ユニット（例えば、回転ナイフ）の位相感応性の周期的動作に関する代表的な位置プロファイル。 ３つの異なるピッチ又は製品セグメント長の製品を作製する際の、所与の周囲を有する代表的な切断ユニット（例えば、回転ナイフ）の位相感応性の周期的動作に関する代表的な速度プロファイル。 マスター基準信号に対する位相感応性作業ユニットの制御に関する更なる詳細。 本発明の復帰、位相オフセット及び位相一致手順のシーケンスを示すフローチャート。 サーボ作動装置が不活性化された後に、マスター基準、及び故に、その前に形成された製品セグメントの位置と、作業ユニットとの同期が再確立され得る工程のシーケンス。

Claims (10)

1. 少なくとも第一サーボ作動型作業ユニット及び第二サーボ作動型作業ユニットを使用して材料ウェブから別個の物品を製造するための方法であって、
   周期的なマスター基準からの信号を付与し、
   前記第一作業ユニット及び前記第二作業ユニットを同期化し、
   前記周期的なマスター基準信号に応答して前記作業ユニットをサーボ作動し、前記材料ウェブの製品セグメントに対して周期的な作業を行い、それにより、前記マスター基準の整数数の周期にわたって整数数の前記別個の物品を形成する工程を含む方法。
2. 更に、前記第一作業ユニット及び前記マスター基準を同期化する工程を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記第一作業ユニット及び前記マスター基準を同期化する前記工程は、前記マスター基準を開始点にリセットし、前記第一作業ユニットを復帰させることを含む請求項２に記載の方法。
4. 更に、前記第二作業ユニットを復帰させる工程を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第一作業ユニット及び前記第二作業ユニットを同期化する前記工程は、前記第二作業ユニットを位相オフセットすることを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第一作業ユニット及び前記第二作業ユニットを同期化する前記工程は、前記第二作業ユニットの位相を前記第一作業ユニットの位相に一致させることを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記マスター基準は仮想基準である請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記周期的な作業は、別個の構成要素の適用を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記周期的な作業は、切断作業を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記周期的な作業は、力の印加を含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。

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