JP2006525876A - 回転アームで担持したカッターで管状製品を製造する機械及び方法 - Google Patents

Abstract

本機械は、マンドレル（４）と、上記マンドレルのまわりにウエブ材料のストリップをらせん状に巻取り、連続した管を形成する巻取り部材（７）と、上記マンドレル（４）と共動して連続した管（Ｔ）を個々の管状製品（Ｍ）に切断する回転ディスク型カッター（２５）とを有する。回転ディスク型カッター（２５）は回転アーム（２３）で担持される。

Description

本発明は、コア巻取り機、すなわちマンドレルのまわりにらせん状に巻かれたウエブ材料のストリップから管状製品を製造するのに使用され、最終製品を形成するように接合された機械又は装置に関するものである。

本発明はまた上記形式の管状製品を製造する方法に関する。

ウエブ材料のロール例えばトイレットペーパーのロール、キッチンタオルのロール、不織布のロール、接着テープのロール、プラスチックフィルム、金属化フィルムなどの製造において、厚紙又は別の材料の管は、普通、互いに接着したウエブ材料の少なくとも二つのストリップの重ね又は互い違いに配置して得られる巻取り芯として利用される。巻取りは、形成マンドレル（それの軸線のまわりに遊び支持され又は固定される）を備え、そのまわりに、前もって接着剤の層を設けたウエブ材料のストリップを巻取るコア巻取り機と呼ばれる機械によって行われる。実際に、接着剤は、各ストリップの二つの面の一つを方に除いて一つの面に施される。巻取りは巻取り部材、典型的には連続したベルトによって得られ、巻取り部材はマンドレルのまわりにらせん状巻回を形成し、ウエブ材料のストリップを引いて巻取り、また接合のために必要な圧力を作用させる。

この形式の機械の例は、米国特許第３，１５０，５７５号、同第３，２２０，３２０号、同第３，６３６，８２７号、同第３，９４２，４１８号、同第４，３７８，９６６号、同第４，３７０，１４０号、同第５，４６８，２０７号、同第５，８７３，８０６号に記載されている。

ウエブ材料のストリップは連続して巻取られて、連続した管を形成し、そしてこうして形成した連続した管は形成マンドレルの伸張部に沿って又はその端部に配置した切断部材によって必要な長さの区分に切断される。連続した管を個々の区分に切断する種々の形式の装置が作られてきた。これらの装置は、信頼でき、正確な切断を行ない、そして高い生産速度を達成できなければならない。米国特許第５，８７３，８０６号は特に、コア巻取り機用の切断装置に関するものであり、一対の回転カッターは切断すべき或いは代わりに引き出されるべき管に加圧接触される。切断状態においてそれらのカッターは、管の形成速度と同じ速度で前進するようにされ、また前後方向に移動するカッターを担持しているキャリッジと同じ動きによってカッターを回転する特殊な動システムが用いられる。

この切断装置は特に有効であり、そして相当な生産速度を達成できる。それにもかかわらず、この切断装置は複雑であり、相対的に高価である。さらに、かかる切断装置は、カッターを担持しているキャリッジに加えられる交互の動きの結果として生じる慣性力及び振動のために高速度を達成することができない。

本発明の目的は、形成される連続した管の切断装置が経済的であり、信頼でき、しかも性能を改善した管状製品の製造機械を提供することにある。

本発明の好ましい実施形態の目的は、切断装置が交互の動きによって生じた慣性応力から生じる問題を伴わない機械を提供することにある。

本質的には、本発明によれば、ウエブ材料のストリップをらせん状に巻くことにより管状製品を製造する機械（コア巻取り機と呼ばれる）は、回転アームで担持された回転ディスク型カッターを備え、回転アームがマンドレルのまわりに形成される管と干渉する軌道に回転ディスク型カッターを追従させ、それで回転アームの回転走行の一部分の間に、上記回転ディスク型カッターが管を切断する。

本明細書及び特許請求の範囲の範囲内において、回転ディスク型カッターは、厚紙に作用して切断製品を形成する任意のディスク型部材であると理解される。これは、平滑な又は好ましくはのこぎり歯状切断エッジを備えた実用カッターであってもよい。それにもかかわらず、カッターは、カッターの作用を果たす研削砥石又は研削ディスクでもよい。

本明細書及び特許請求の範囲において、特に特定しない限り、回転運動は、逆転なしの常に同一回転方向の運動と、回転方向の反転を伴う交互の又は振動回転運動との両方を意図するものである。同様に、特に特定しない限り、回転アームは、一般的には、常に同一方向に回転するアームと、交互にすなわち振動回転運動する移動アームとの両方を意図するものである。

常に同一方向で好ましくは連続したすなわち停止しない回転運動により、応力を減少させて、機械における慣性力及び結果としての振動を除去又は大きく低減するという別の利点を得ることができる。

要素及び可動部品の数を限定することによって、切断装置は特に簡単となる。

運動が回転方向の反転しない回転である場合には、かかる回転は通常、一定の速度ではないが連続したものである。これによって、製造すべき種々の長さの管状製品に本機械を適用することができる。実際に、アームは、カッターが切断すべき管に係合される時間の間、カッターの前進速度が本質的にマンドレルのまわりに形成される管の前進速度にほぼ等しくなるように回転するように構成される。回転の残りの部分においては、アームは加速又は減速（簡単に言えば停止も）されて、切断したものと次のものとの間の要求された長さ形成される管状材料を前進させることができる。

本発明の特に有利な実施形態によれば、カッターを担持するアームは、管状製品を形成するストリップの巻かれるマンドレルの軸線に対して傾斜されかつマンドレルの軸線に対して９０°に位置決めされる軸線のまわりを回転する。

理論的には一つ以上の回転アーム及び一つ以上のカッターを設けることもできるが、特に簡単な機械を提供するためには、単一カッターを備えた単一アームを用いるのが有利である。この場合、マンドレルのまわりに形成した連続した管に対するカッターの軌道は、カッターが回転アーム）の回転弧に対して管と係合し、その間管がマンドレルの軸線のまわりで少なくとも完全に一回転するようなものである。このようにして、単一カッターは管の全切断を行う。

実施形態の例を参照して以下に説明するように、カッターは回転アームによって担持され得、それで軸線がアームに対して固定位置となるようにされる。この場合、ディスク型カッターの軸線は、全切断弧を通してマンドレル及び従って切断すべき管の軸線に正確に平行でない。それにもかかわらず、カッターを担持するアームが十分に長い場合には、マンドレルの軸線に対するカッターの回転軸線の方向変動は制限され、許容できる。特に、この振動を±８〜１０°未満にできる。比較的正確な実施形態では僅かにより複雑となるが、カッターは、カッターを担持する回転アームに対して可変位置を取り得、それで回転軸線は、カッターが切断すべき管と接触している全時間の間又はその時間の大部分の間、マンドレルの軸線に平行に留まる。代わりに、マンドレルの位置は、正確な平行性を必ずしも設けることなしに、軸線間の平行性の誤差を低減するように制御され得る。

この目的のため、例えば、回転アームで担持され、回転アームの回転軸線に平行である軸線のまわりで振動又は回転する支持体によってカッターを担持することができる。

原則として、カッターは、それの軸線のまわりで遊び支持され、そして切断すべき管を形成する材料との摩擦で引かれ得る。それにもかかわらず、一層信頼できる切断を達成するためには、例えば回転ディストリビューターによって回転アームに供給される圧搾空気で付勢される流体力モータによってカッターをモータ駆動するのが好ましい。カッターは平滑な円形刃を備えることができる。それにもかかわらず、好ましい実施形態では、カッターの切断エッジは歯付きでも或いはのこぎり刃状でもよい。この場合、切断中に形成される削り屑又はダストを吸引するシステムを設けるのが有利であり得る。

本発明による機械の別の有利な特徴及び実施形態は以下に説明し、特許請求の範囲に示される。

異なる観点によれば、本発明は、
ウエブ材料のストリップが巻取りマンドレルのまわりにらせん状に巻取られて連続したモードで管を形成し、
管が、切断中に巻取りマンドレルに沿って上記管と接触しかつ上記管と共に前進する少なくとも一つの回転ディスク型カッターによって複数の区分に分割されて管状製品を形成する
管状製品の製造方法に関する。

特徴としては、本発明によれば、回転ディスク型カッターは、マンドレルの軸線に平行でない軸線のまわりで回転アームにより回転させることにより、切断すべき管の通路に沿って前進するように構成される。

本発明による方法の別の有利な特徴は、以下に説明し、特許請求の範囲に示される。

本発明を限定しない実施例を示す添付図面を参照して以下の説明から本発明はより良く理解される。図面において同等の又は相応した部品は同じ参照符号で示す。

図１には、本発明が適用されるコア巻取り機の可能な実施形態を全体として示している。しかし、本発明は、構造の異なる機械が管を形成する形成マンドレルを備え、形成マンドレルが軸線のまわりで回転し又は固定されることができ、そしてマンドレルのまわりに連続して形成された管を複数の区分又は管状製品に切断する切断装置を必要とする限り、かかる構造の異なる機械にも適用できることが理解されなければならない。

簡単には、本説明の重要な部分に限ると、全体を符号１で示す図１における機械は、負荷支持構造体３を有し、この負荷支持構造体３によってマンドレル４が片持ばり形態で支持され、マンドレル４の第１の端部はスリーブ８によって負荷支持構造体３に拘束されている。マンドレル４の反対端部は、管の切断される領域の近くで終端している。そしてコンベアベルト１０又は同等物は、以下に説明するようにマンドレル４のまわりに連続して形成された管Ｔを切断することによって得られる個々の管状製品を取り除く。

管Ｔを形成するために、厚紙又は別の連続したウエブ材料の連続したストリップはコア巻取り機１に供給される。図示例では、Ｓ１、Ｓ２で示す二つのストリップが使用されている。これらのストリップは、連続したベルト７によってマンドレル４のまわりにらせん状に巻かれ、連続したベルト７の二つの分枝部７Ａ、７Ｂは二つのプーリー９、１７のまわりで駆動され、これらプーリー９、１７のそれぞれの回転軸線は符号９Ａ、１７Ａで示されている。分枝部７Ａは、マンドレル４のまわりに及び巻取られるウエブ材料のストリップＳ１、Ｓ２のまわりにらせん状巻回を形成する。符号１９はモータを示し、このモータ１９は駆動プーリー１７を回転駆動して、ベルト７を動かす。

プーリー９、１７と、ベルト７と、モータ１９との組立体の傾斜は、マンドレル４の軸線のまわりに二つのストリップＳ１、Ｓ２で形成されるらせん状巻回の傾斜を調整するように、ねじ付きバー２０及びハンドル２２によって調整できる。二つのストリップＳ１、Ｓ２は重ねて互い違いに巻かれ、それで最外方ストリップＳ１の巻回で形成されたらせん体は、例えば半ピッチづつ互い違いにすることによって、最内方ストリップＳ２の巻回で形成されたらせん体と重なり合う。

外方ストリップＳ１の内面及び（又は）内方ストリップＳ２の外面には図示していないそれ自体公知の仕方で接着剤が施され、二つの巻回を互いに接着させる。

管Ｔは連続して形成され、従って要求された長さの複数の区分に切断されなければならない。このために、全体を符号２１で示す切断装置が、形成マンドレル４に沿った管の送り方向ｆＴに対して巻取りシステム７、９、１７、１９の下流に設けられている。

図２に詳しく示す切断装置２１は、マンドレル４の軸線Ａに対して９０°に位置決めされかつマンドレル４の軸線Ａに対して傾斜した軸線Ｂのまわりを回転するアーム２３を備えている。アーム２３の回転方向（図面では時計回り方向）は符号ｆ２３で示されている。遠端部すなわち回転軸線Ｂから離れた端部において、アーム２３はモータ２７によってモータ駆動されるディスク型カッター２５を担持している。図示例では、モータ２７は符号２９で概略的に示す圧搾空気ダクトによって圧搾空気の供給される流体力モータであり、圧搾空気ダクト２９は、詳細に示していない回転ディストリビューターを介して圧搾空気を受ける。

図面において、切断装置２１はマンドレル４の下側に配置されている。しかし、切断装置２１は、スペースの要求の関数として、マンドレルの軸線に対して任意の適当な位置に配置してもよいことが理解されるべきである。

カッター２５は、図１及び図２の例ではアーム２３に対して固定位置である軸線Ｄのまわりで回転する。このようにして、アーム２３が軸線Ｂのまわりで回転すると、アーム２３の回転軸線Ｂから最も離れたカッター２５の刃の部位は、特に図２に見られ得るように、マンドレル４に形成される管Ｔの外面と二つの部位で交差する周囲Ｃに沿って走行する。周囲Ｃと管Ｔの円筒表面との交差部位に対応した位置間のアーム２３の全回転弧に対して、カッター２５は上記管と接触し、切断を行う。

図２において、アーム２３は、管Ｔの切断の始点に相応した角度位置、すなわち周囲Ｃが管Ｔの円筒表面と交差する第１の位置に示されている。第２の時点において周囲Ｃが管Ｔの円筒外表面と交差する部位におけるカッターの位置は符号２５Ｘで示されている。この位置を越えて動くと、カッター２５はもはや管と接触しない。

管Ｔの完全な切断は、コンベア１０で取り除かれる単一区分すなわち最終管状製品Ｍを得るために、カッターのこれら二つの位置間で行われなければならない。完全な切断を行うために、管Ｔは、カッター２５が管Ｔと接触する時間の間、管の軸線のまわりで完全に回転しなければならない。事実、図２に示すカッターの二つの端部位置間の回転弧の一部は切断のために利用できる。事実、完全な切断を行うためには、管Ｔの全厚さに対して管Ｔを形成する材料にカッターを挿入して管を完全に回転させる必要がある。従って、管Ｔは、カッター２５が図２に示す位置の一方から他方へ移動する間に３６０°を越えて回転する。

カッターが管Ｔを変形させずに管Ｔを形成している円筒壁を貫通できるようにするために、マンドレル４は図２に示すようにカッターの作用領域において管内にのびているのが適当であるが、原則として切断領域に達しない短いマンドレル４を使用することもできる。これは例えば、管の材料が十分に剛性である場合及び（又は）カッターが上記材料に容易に貫通できる場合に設けられ得る。

図示例では、マンドレル４には、カッターの作用領域のレベルに減少領域、すなわちマンドレルの横断面が管の内方断面より小さい部分が設けられる。例えば、マンドレルは、カッターが材料を貫通する側部に基底部（グランド部）を備えることができる。この場合、マンドレルは回転してはならない。代わりに、図示したように、マンドレルは直径の小さい円形断面を備えてもよい。この解決法は回転マンドレル及び固定マンドレルの両方に適応し得る。

カッター２５によって切断されて得られた管状製品Ｍは、コンベア１０の速度が管Ｔの形成される速度より大きいことにより、コンベア１０によって取り除かれる。

図示例に示すように、切断中のカッター２５の応力に対して、止り部材２８を設けることができ、この止り部材２８は、ストリップＳ１、Ｓ２で形成されるらせんの角度にほぼ等しい角度で傾斜されそしてカッター２５に対して反対側から管Ｔに作用する一対の遊びローラで構成されている。

カッター２５が、より一層効果的な切断を得るのが好ましいように歯付き又はのこぎり歯状の刃を備える場合に、切断領域におけるダスト及び削り屑を除去する吸引出口又は別の手段を設けるのが望ましい。これは、図２に一点鎖線３０で概略的に示されている。吸引出口は、カッター２５の全作用領域に沿って吸引が行われるように細長い形態である。例えばマンドレル４の二つの側部にも一つ以上の出口を設けることができる。

図２に示すように、カッター２５が、アーム２３に対して固定位置に回転軸線Ｄで担持され、エッジで特定される平面は常にマンドレル４の軸線に直交しなす。軸線Ｄと軸線Ａとの間の平行性におけるこの欠陥を修正するために、カッター２５は、アーム２３の回転運動と関連した仕方で、アーム２３において振動又は回転する支持体に装着され得る。この目的で、軸線Ｂに平行な軸線のまわりで振動するカッター２５の支持体を作動するアクチュエータがアーム２３に装着され得る。一方、図３の例に示すように、軸線Ｂに平行にアーム２３で担持された軸線Ｅのまわりで回転する支持体３１が設けられ得る。支持体３１と一体的に、軸線Ｄと同軸の歯付き車３３が設けられ、歯付きベルト３５は軸線Ｄのまわりを走行し、そしてアーム２３の回転軸線Ｂと同軸の第２の固定歯付き車３７のまわりを走行する。このようにして、アーム２３が軸線Ｂのまわりで回転すると共に軸線Ｄのまわりで回転（切断運動）する時に、カッター２５も、軸線Ｂ及び軸線Ｅのまわりでの運動の組合わせである軌道に従ってスペース内で動く。種々の機械的部材の寸法を適当に選択することによって、カッターの軸線Ｄは、切断中にマンドレルの軸線Ａに対して平行に維持され得る。プーリー３３、３７が同じ直径である場合には、軸線Ｄは常にマンドレル４の軸線Ａに平行のままである。

軸線Ｅのまわりの支持体３１の動きが独立したアクチュエータで得られる場合には、アーム２３は、カッター２が形成された管との干渉を避けるために反転位置になり得るので、連続した回転運動ではなく交互の回転運動である回転運動し得る。動きが連続し、又はいずれの場合も常に同一奉公である場合には、前に説明したように、管Ｔを切断することによって作られた所望の長さの個々の製品Ｍを得るためにアーム２３の角速度を変調することができる。事実、この結果を得るために、アームの回転速度は、カッターの動作していない時には増減され得る。

さらに、機械をマンドレル４及び従って形成される管Ｔの種々の直径に適応させるために、マンドレル４の軸線Ａとアーム２３の軸線Ｂとの間の距離は有利には調整可能である。

図面は単に本発明の実施形態を示すものであるが、本発明は、本発明の基礎を成す概念の範囲から逸脱することなしに、形態及び構成において変更できることが理解される。特許請求の範囲における全ての符号は単に本明細書及び添付図面に関連して容易に読めるようにするためのものであり、保護の範囲を限定するものではない。

本発明の第１の実施形態によるコア巻取り機を示す側面図。 管の切断領域の拡大詳細図。 本発明の第２の実施形態によるコア巻取り機を示す側面図。

Claims (26)

1. ウエブ材料のストリップ（Ｓ１、Ｓ２）のらせん状巻体によって管状製品を製造する機械であって、マンドレル（４）と、上記マンドレルのまわりにウエブ材料の上記ストリップをらせん状に巻取り、連続した管を形成する巻取り部材（７）と、上記マンドレル（４）と共動して連続した管（Ｔ）を個々の管状製品（Ｍ）に切断する回転ディスク型カッター（２５）とを有し、上記回転ディスク型カッター（２５）が回転アーム（２３）で担持されていることを特徴とする機械。
2. 上記回転アーム（２３）が、マンドレル（４）の軸線（Ａ）に対して９０°に位置決めしかつ傾斜した軸線（Ｂ）のまわりを回転することを特徴とする請求項１に記載の機械。
3. 上記回転アーム（２３）が常に同じ方向に回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の機械。
4. カッターの前進速度が切断中に上記マンドレル（４）に沿った連続した管（Ｔ）の前進速度にほぼ等しくなるように、上記回転アーム（２３）の回転速度が制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の機械。
5. 上記回転アーム（２３）の回転速度が、切断すべき管状製品（Ｍ）の長さの関数として調整できることを特徴とする請求項３又は４に記載の機械。
6. 上記マンドレルのまわりに形成した連続した管（Ｔ）に対するカッターの軌道は、カッターが上記回転アーム（２３）の回転弧に対して連続した管と係合し、その間連続した管がマンドレルの軸線のまわりで少なくとも一完全回転するようなものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の機械。
7. 回転ディスク型カッター（２５）が、マンドレルのまわりに形成される管と接触している間、回転軸線（Ｄ）がマンドレル（４）の軸線（Ａ）にほぼ平行に維持されることを特徴とする請求項６に記載の機械。
8. 回転ディスク型カッター（２５）が、マンドレルのまわりに形成される管（Ｔ）と接触している間、回転軸線（Ｄ）がマンドレル（４）の軸線（Ａ）に対して１０°未満の角度を成すことを特徴とする請求項６に記載の機械。
9. 上記回転ディスク型カッター（２５）がモータ駆動されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の機械。
10. 上記回転ディスク型カッター（２５）が流体力モータ（２７）によってモータ駆動されることを特徴とする請求項９に記載の機械。
11. 上記回転ディスク型カッター（２５）の回転軸線（Ｄ）が回転アーム（２３）に対して本質的に固定されることを特徴とする請求項１〜６、８〜１０のいずれか一項に記載の機械。
12. 上記回転ディスク型カッター（２５）の回転軸線（Ｄ）が上記回転アーム（２３）に対して振動又は回転し、上記回転ディスク型カッター（２５）が管（Ｔ）と接触している間、回転軸線（Ｄ）がマンドレル（４）の軸線（Ａ）に対して本質的に平行に維持されることを特徴とする請求項１〜４、９〜１０のいずれか一項に記載の機械。
13. 上記回転ディスク型カッター（２５）が、上記回転アーム（２３）の回転軸線（Ｂ）に本質的に平行である軸線（Ｅ）のまわりで回転する支持体（３１）で担持されることを特徴とする請求項１２に記載の機械。
14. 上記マンドレル（４）に上記回転ディスク型カッター（２５）によって加えられる応力に対して反力を供給するマンドレルの支持体（２８）を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の機械。
15. 上記回転ディスク型カッター（２５）が歯付切断エッジを備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の機械。
16. 切断中に形成された破壊屑を除去する吸引部材（３０）が上記回転ディスク型カッター（２５）と組合されることを特徴とする請求項１５に記載の機械。
17. 上記回転ディスク型カッター（２５）が上記マンドレル（４）のまわりに形成される管と接触する部分のレベルにおいて、上記マンドレル（４）が横断面の減少した領域をもつことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の機械。
18. 上記回転アームが軸線（Ｂ）のまわりを回転し、マンドレルの軸線（Ａ）に対する距離が調整可能であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の機械。
19. ウエブ材料のストリップ（Ｓ１、Ｓ２）が巻取りマンドレル（４）のまわりにらせん状に巻取られて連続したモードで管（Ｔ）を形成し、
    管（Ｔ）が、切断中に巻取りマンドレル（４）に沿って上記管（Ｔ）と接触しかつ上記管（Ｔ）と共に前進する少なくとも一つの回転ディスク型カッター（２５）によって複数の区分に分割されて管状製品を形成し、
    回転ディスク型カッター（２５）が、マンドレルの軸線に平行でない軸線（Ｂ）のまわりで回転アームにより回転させることにより前進される
    ことを特徴とする管状製品の製造方法。
20. 上記回転アーム（２３）が常に同じ方向に回転することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. カッターの前進速度が切断中に上記マンドレル（４）に沿った連続した管（Ｔ）の前進速度にほぼ等しくなるように、上記回転アーム（２３）の回転速度が制御されることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の方法。
22. 上記回転アーム（２３）の回転速度が、切断すべき管状製品（Ｍ）の長さの関数として調整できることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の方法。
23. 上記回転アーム（２３）が、マンドレルの軸線に対して９０°に位置決めしかつ傾斜した軸線のまわりを回転することを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 上記回転ディスク型カッター（２５）がモータ駆動されることを特徴とする請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 上記回転ディスク型カッター（２５）の回転軸線が上記回転アームに対して一定位置に維持することを特徴とする請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 上記回転アームに対する上記回転ディスク型カッター（２５）の回転軸線の傾斜が、切断中マンドレルの軸線に本質的に平行に上記回転ディスク型カッター（２５）の回転軸線を維持するように制御されることを特徴とする請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の方法。
    
    

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