JP2010100357A - シート材無停止自動接合装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先行シート材と後続シート材とを無停止で接合するシート材無停止自動接合装置を提供する。
【解決手段】負圧吸着可能な外周面を有するメインドラムと、先行シート材後端部を切断する第１のロータリーカッターと、該先行シートの後端部と後続シート材の先端部とを重ね合わせた状態で切断する第２のロータリーカッターと、該先行シートの後端部と後続シート材の先端部とを突き合わせた状態で接着テープを貼着する昇降加圧ローラーと、先行シート材と後続シート材とが前記メインドラム外周面上で合流するように配置された搬送路とを具備しており、前記第１のロータリーカッターは前記搬送路に配置され、前記第２のロータリーカッターと前記昇降加圧ローラーは、前記メインドラムの外周面に接するように配置されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、先行シート材（１１）と後続シート材（１２）とを無停止で接合するシート材無停止自動接合装置及び方法に関する。

図１は、コイル材を成形部に供給してシート材を成形加工する従来技術を示すものである。コイル材を成形部に供給する先行コイル材１の残量が少なくなると、後続コイル材２に切り替える必要がある。従来、この場合には成形部の設備を停止して、つなぎ部において作業者が手作業で材料端を突き合わせ接合を行っていた。
このため、設備が停止するために、稼動率が若干程度低下するとともに、停止頻度を低減させるために、コイルが大径化する傾向にあった。その結果、設備が大型化して、作業領域の見通し悪化する上、コイル材が数十ｋｇにも及ぶ重量物となって、作業者にとって危険作業となっていた。また、設備を停止するためにコイル材の加減速時の材料廃却ロスも発生していた。停止後に手作業でつなぐ場合、材料端の位置合せの作業時間が長くかかり問題が生じていた。

このような問題に対応して、従来、特許文献１に見られるように、第１、第２のコイル材供給部を設けて、コイル材の交換するための手間を減らすために、センサーで第１コイル材供給部の先行コイル材の終端を検知して、コイル供給を自動的に停止して、第２コイル材供給部の後続コイルを供給する自動化装置が存在したが、端部同士を精度良くつなぐためには、高い突き合せ精度が必要で、コイル供給を停止する必要があった。また、特許文献２にみられるように、収納部に材料溜めを設けて材料交換時に加工機を停止することなく連続した加工を行うようにして、設備稼働率を向上させたものも存在したが、材料溜めにスペースが必要であった。

特開平６−１４４６６１号公報 特開２００５−９６８８５号公報

本発明は、上記問題に鑑み、先行コイル材端部と後続コイル材端部とを無停止で接合するシート材無停止自動接合装置を提供することを課題とするものである。

請求項１の発明は、一の工程から他の工程に向けて供給中の先行シート材と待機中の後続シート材とを有し、上記先行シート材の後端部と、上記後続シート材の先端部とを自動的に接合し、継続して上記他の工程に向けて上記後続シート材を供給するシート材自動接合装置であって、上記自動接合装置は、負圧吸着可能な外周面を有するメインドラムと、上記先行シート材と上記後続シート材とを上記メインドラム外周面上で合流するように搬送する搬送路と、上記先行シート材を上記搬送路上で切断する第１の切断手段と、上記第１の切断手段で切断され上記先行シート材の後端部と上記後続シート材の先端部とを重ね合わせた状態で当該重ね合わせた部位の上記先行シート材と上記後続シート材とを切断する第２の切断手段と、上記第２の切断手段で切断された個所を覆う位置に粘着テープを貼着する貼着手段とを具備しており、上記第２の切断手段と上記貼着手段は、上記メインドラムの外周面にほぼ接するように配置されていることを特徴とする自動接合装置である。

これにより、材料端を重ねて切断し、その位置関係を変えず固定した状態で接合することで、停止せずとも精度良くつなぐことが出来るとともに、材料端を重ねて切断することから突き合わせの精度は問題にならないために、高精度の材料つなぎが高速でも対応可能である。また、切断・接合・切り屑取りの複数工程ゆえに、高速対応のためには必要な設備長さが長くなるが、円弧状で複数工程を配置することで、高速でも非常にコンパクトな機構にできる。この構造・レイアウトにより、無停止かつ高速で材料を送りながらコンパクトな構造で、材料接合が実施可能である。
そして、一事例として挙げるなら、従来、段取り作業にかかっていた時間を本発明ではゼロとし、材料段取りロスもゼロとし、設備高さも、従来は目線以上だったものを、目線以下に抑えることができた。

請求項２の発明は、一の工程から他の工程に向けて供給中の先行シート材と待機中の後続シート材とを有し、上記他の工程に向けて供給する上記先行シート材の後端部と、上記後続シート材の先端部とを自動的に接合するシート材自動接合方法であって、上記先行シート材を切断する第１の切断工程と、上記第１の切断工程で切断され上記他の工程に向けて供給される上記先行シート材の後端部と上記後続シート材の先端部との重ね合わせ工程と、負圧により上記重ね合わせ工程で重ね合わせた状態を維持しつつ、重ね合わせた部位の上記先行シート材と上記後続シート材とを切断する第２の切断工程と、負圧により、上記第２の切断工程で切断した上記先行シート材と上記後続シート材の切断部位の移動を阻止した状態で、当該切断部位を覆うように粘着テープを貼着する貼着工程とを備えることを特徴とするシート材自動接合方法である。
これにより、請求項１の発明と同様な効果がある。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図２は、本発明の一実施態様を示す全体的な概略図である。図３は、本発明の一実施態様であるシート材無停止自動接合装置１００の正面図である。
図２において、１は、先行コイル材であり、２は、先行コイル材が残り少なくなってきたときに、切り替えるために待機中の後続コイル材である。コイル材としては、アルミなどのシート材を巻き取ってコイルとしたものである。コイル材から繰り出されたシート材は下流のプレス、打ち抜き、曲げ等の成形部３に供給される。一例としては、熱交換器のフィンの成形などが挙げられる。

図３を参照して、本発明の一実施態様であるシート材無停止自動接合装置１００を説明する。
先行コイル材１から先行シート材１１が、第１搬送路１３を通って、成形部３に供給されている。図２に示すように、先行コイル材１は残り少なくなっている。後続コイル材２は、第２搬送路１４を通って、その後続シート材１２の先端部を先端検知センサー２２’で検知して停止させ、待機している状態にある。第１搬送路１３とは、先行コイル材１から、第２搬送路１４との合流点までを指し、第２搬送路１４とは、後続コイル材２から、第１搬送路１３との合流点までを指すものとする。この合流点から下流の搬送路を、第３搬送路１５と呼ぶ。

後述するシート材無停止自動接合装置１００により、先行コイル材１の先行シート材１１の後端部が、後続コイル材２の後続シート材１２の先端部に接合されて成形部３に供給される。その後、後続コイル材２の残りが少なくなった場合は、現在の後続コイル材２が、今度は先行コイル材となる。一方、前述の先行コイル材１の位置に新たなコイル材が設置されるので、前述の先行コイル材１は、今度は後続コイル材となる。このように先行コイル材１の位置に設置されるコイル材と、後続コイル材２の位置に設置されるコイル材については、先行か後続かは繰り返し交互に変更される。
この場合、先行シート材１１の後端部と後続シート材１２の先端部との接合の仕方は、先行シート材１１の後端部が後述するメインドラム１０に接する場合と接しない場合の２通りが考えられる。
そして、先行シート材１１の後端部がメインドラム１０に接する場合は、メインドラム１０からの吸引力を効率良く後続シート材１２の先端部に伝達するため先行シート材１１の後端部に複数の小径穴を加工しておくのが良い。また、先行シート材１１の後端部がメインドラム１０に接しない場合は、メインドラム１０からの吸引力を効率良く先行シート材１１の後端部に伝達するため後続シート材１２の先端部に複数の小径穴を加工しておくのが良い。
以上の理由で、シート材が先行シート材１１になっても後続シート材１２になっても問題ないように先端部と後端部に小径穴を加工しておくのが好ましい。
第１搬送路１３に先行コイル材１の先行シート材１１が流れ、第２搬送路１４に後続コイル材２の後続シート材１２が待機している第１の場合と、その逆の第２の場合があるので、以下の説明においては、１を先行コイル材、２を後続コイル材とした第１の場合のみについて述べ、第２の場合については同様なので省略する。

第１搬送路１３と第２搬送路１４には、それぞれ、先行コイル材１の先行シート材１１（２が先行コイル材の場合は１２）の後端部を切断する第１のロータリーカッター２０、２０’、送り込みローラー２１、２１’、先端検知センサー２２、２２’が、下流方向にこの順序で配置されている。第１のロータリーカッター２０、２０’、送り込みローラー２１、２１’、先端検知センサー２２、２２’は、それぞれ同じものである。

第１のロータリーカッター２０は、常時先行シート材１１の搬送速度に同期して回転している。先行コイル材１には残存量が自動的に把握できるようにセンサーが設置されている。先行コイル材１の残存量が所定の閾値を下回ると、第１のロータリーカッター２０に切断信号を送信する。第１のロータリーカッター２０は、後述するように図４の構造を有し、ナイフ刃２６が半径方向に出没する。切断信号を受信するとナイフ刃が内部から突出して先行シート材１１の後端を切断する。

一方、後続コイル材２は、第２搬送路１４を通って、その後続シート材１２の先端部が先端検知センサー２２’に達すると、その検知信号により送り込みローラー２１’を停止させて、後続シート材１２を待機状態にする。第１のロータリーカッター２０の切断信号が発生したら、先行シート材１１の後端と後続シート材１２の先端とが、後述の第２のロータリーカッター４０の切断位置において、同期速度で走行しながら重なるように、送り込みローラー２１’を制御する。なお、後続シート材１２の走行起動は、第１のロータリーカッター２０の切断信号の発生に限らず、その他センサーを用いて適宜決めればよい。

１０は、メインドラムで、外周面には小穴が開いておりメインドラム内部からバキュームによって吸引されており、負圧で搬送中のシート材を吸着保持できるようになっている。第１搬送路１３と第２搬送路１４との合流点から下流の第３搬送路１５は、メインドラム１０の外周面の一部から構成されており、合流点から下流方向に順に、第２のロータリーカッター４０、先行シート材１１の後端切り屑の排出部６０、接着テープを貼着する昇降加圧ローラー５０が、第３搬送路に沿って、メインドラムにほぼ接するように配置されている。第２のロータリーカッター４０、昇降加圧ローラー５０については、後ほど詳説する。排出部６０には、吸引ダクト６１が接続している。

先行シート材１１の後端と後続シート材１２の先端とが接着テープ５２で接合した後は、ガイドローラー７４で方向転換するとともに、接合したシート材１１、１２は、メインドラム１０の吸引保持力に打ち勝って剥離し、後工程の成形部３に供給される。７１、７２、７３は、押圧ローラーである。

接合したシート材１１、１２が剥離した後には、後続のシート材１２の先端の切り屑が、メインドラム１０に保持されており、吸引ローラー８０によって、メインドラム１０から剥離されて排出部８２から吸引排出される。吸引ローラー８０には小穴が開いており、その内部にはメインローラの負圧より強い負圧部８１が所定角度範囲で存在している。９０は、操作盤である。

次に、第１のロータリーカッター２０（２０’）と、第２のロータリーカッター４０の構造を説明する。両者とも同一の構造をしている。それぞれ、第１の切断手段、第２の切断手段を構成する。
図４は、第２のロータリーカッター４０の構造の断面図である。４１は、カッタードラムであって、中空軸４２に連結している。中空軸４３には、カッタードラム４１と反対側にベルトプーリー４３が固定され、ベルト４４で回転駆動されるようになっている。スプロケットやギアで回転してもよい。

一方、カッタードラム４１の内部には、ナイフ刃４６を設けられた刃部４５が、半径方向に摺動自在に設けられている。刃部４５において、カッタードラム４１中心部には、コロ４７、４８が取付けられている。中空軸４２内部には、軸方向に摺動自在に芯棒３０が挿入されている。芯棒のカッタードラム４１中心部側には、コロ４７、４８と接触するカム３３が形成されており、刃部４５を半径方向に摺動させられるようにしている。芯棒の他方の端部には軸受を介して作動シャフト３０が連結しており、ソレノイド等（図４には図示されていない）の作動により芯棒の軸方向に移動させることができるようになっている。ソレノイドがＯＮになると、図４において、芯棒３０が右方向に移動してカム３３の高位置とコロ４７、４８が接して、ナイフ刃４６を突出させることができる。ソレノイドがＯＦＦになるとバネ３４により芯棒は元の位置に復帰して、ナイフ刃４６をカッタードラム４１内に収納する。

このように、第１、第２のロータリーカッター２０、２０’、４０は、カッタードラム４１内において、ナイフ刃４６を有する刃部４５を、カッタードラム４１の中空軸４２に摺動可能に挿入された芯棒３０のカム３３により、半径方向に出没自在に構成したものである。

その他の実施態様としては、ナイフ刃が出没しない一般的なロータリーカッターを使用してもよいが、この場合は、定位置で停止した状態から加速させて、シート材の所定箇所を切断するためにロータリーカッター駆動制御が必要となる。ロータリーカッターの代りに、その他、走間切断用の一般的切断手段も適用することができる。

次に、先行シート材１１の後端部と後続シート材１２の先端部とを突き合わせた状態で接着テープ５２を貼着する昇降加圧ローラー５０について説明する。
昇降加圧ローラー５０は、独立して負圧吸着可能な構造となっており、セッティング時に負圧にすることで、接着テープ５２を保持する。

昇降加工ローラー５０は、接着テープ５２をセッティングする時は停止しているが、それ以外の場合昇降加圧ローラー５０はシート材と同期して回転しており、接着テープ５２をシート材に貼着する時だけ、昇降加圧ローラー５０全体がメインドラムに向けて昇降作動される。貼着制御を簡略にするためには、第２ロータリーカッター４０のナイフ刃４６と、接着テープ５２の位相を一致させておくとよい。第２ロータリーカッター４０の切断信号などにより昇降加圧ローラー５０全体がメインドラムに向けて移動させる。さらに、先行シート１１の後端部と後続シート材１２の先端部の切断位置が、下流方向に搬送されて（メインドラム外周面が負圧吸引しているので、切断位置が保持されている）貼着すべき位置に来たとき、接着テープ５２がその貼着位置に来るように、第２ロータリーカッター４０と昇降加圧ローラー５０との相互間距離を決めておくとよい。なお、シート材は通常は定速で成形部に供給されている。
また、昇降加圧ローラー５０の接着テープ５２位置の位相制御を行えば、昇降加圧ローラー５０全体をメインドラムに向けて昇降作動する時期を制御することは容易になる。

次に本発明の一実施態様の作動を説明する。
図５の（ａ）は、第１、第２のロータリーカッター２０、４０、昇降加圧ローラー５０の相互位置関係を示す概略図である。（ｂ）は、先行シート材の後端部が切り落とされた時点Ａの状況を示し、（ｃ）は、先行シート材と後続シート材とが重なってまさに切断される直前の時点Ｂの状況を示し、（ｄ）は、貼着が行われた直後の時点Ｃの状況を示している。

第１、第２のロータリーカッター２０、４０、昇降加圧ローラー５０、メインドラム１０は、常時回転して、全てシート材の搬送速度ｖに同期している場合の一実施態様で説明する。
第１、第２のロータリーカッター２０、４０、昇降加圧ローラー５０が、１回転する時間をＴとする。全て同径として、角速度をωとする。
第１のロータリーカッター２０と第２のロータリーカッター４０との距離をＬ１、第２のロータリーカッター４０と昇降加圧ローラー５０との距離をＬ２とする。
第１のロータリーカッター２０と第２のロータリーカッター４０との位相差をθ１、第１のロータリーカッター２０と昇降加圧ローラー５０との位相差をθ２とする。
先行シート材の後端部が切り落とされた時点Ａから先行シート材と後続シート材とが重なってまさに切断される直前の時点Ｂまでの時間をｔ１とし、その間に整数回転ｎ１するものとする。
時点Ｂから貼着が行われた直後の時点Ｃまでの時間をｔ２とし、その間に整数回転ｎ２するものとする。

次のような式が成立する。

ｔ１＝Ｌ１／ｖ＝ｎ１＊Ｔ＋θ１／ω

ｔ２＝Ｌ２／ｖ＝ｎ２＊Ｔ＋（θ２−θ１）／ω

これにより、ｖが変化した場合には、θ１、θ２の位相を制御すればよい。制御を簡単にするためには、ｖは変化しないとし、θ１、θ２をゼロとして、Ｌ１、Ｌ２を、Ｔの整数倍（ｎ１、ｎ２）で上記の式を満足するような関係にしておくとよい。

他の実施態様として、第１、第２のロータリーカッター２０、２０’、４０、昇降加圧ローラー５０を、常時回転するのではなく、一定角度位置でナイフ刃等を停止しておいて、シート材の端部をセンサーで検知してから、駆動モータを加速制御して所望位置での切断・貼着を行うようにしてもよい。

メインドラム１０の外周面は、第２のロータリーカッターの受刃としても機能するので、刃受けとしての必要硬度の材質を選定する必要がある。また、メインドラム１０の外周の直径を、第２のロータリーカッターの切断時の刃先軌跡直径の整数倍にして、ギアやスプロケットで連結すれば、刃受け部分を飛び飛びに設ければよいので、刃受け材を効率よく設置することができる。また、受け刃の磨耗による部品交換も、受け刃部のみを交換すればよいため、非常に効率的である。

コイル材を成形部に供給してシート材を成形加工する従来技術を示す概略図である。 本発明の一実施態様を示す全体的な概略図である。 本発明の一実施態様であるシート材無停止自動接合装置１００の正面図である。 一実施形態の第２のロータリーカッターの構造の断面図である。 （ａ）は、第１、第２のロータリーカッター２０、４０、昇降加圧ローラー５０の相互位置関係を示す概略図である。（ｂ）は、先行シート材の後端部が切り落とされた状況を示し、（ｃ）は、先行シート材と後続シート材とが重なってまさに切断される直前の状況を示し、（ｄ）は、貼着が行われた直後の状況を示す図である。

符号の説明

１ 先行コイル材
２ 後続コイル材
３ 成形部
１０ メインドラム
１１ 先行シート材
１２ 後続シート材
１３ 第１搬送路
１４ 第２搬送路
１５ 第３搬送路
２０、２０’ 第１のロータリーカッター
４０ 第２のロータリーカッター
５０ 昇降加圧ローラー
６０、８２ 排出部
７１、７２、７３ 押圧ローラー
７４ ガイドローラー
８０ 吸引ローラー

Claims (2)

1. 一の工程から他の工程に向けて供給中の先行シート材と待機中の後続シート材とを有し、上記先行シート材の後端部と、上記後続シート材の先端部とを自動的に接合し、継続して上記他の工程に向けて上記後続シート材を供給するシート材自動接合装置であって、
   上記自動接合装置は、
   負圧吸着可能な外周面を有するメインドラムと、
   上記先行シート材と上記後続シート材とを上記メインドラム外周面上で合流するように搬送する搬送路と、
   上記先行シート材を上記搬送路上で切断する第１の切断手段と、
   上記第１の切断手段で切断され上記先行シート材の後端部と上記後続シート材の先端部とを重ね合わせた状態で当該重ね合わせた部位の上記先行シート材と上記後続シート材とを切断する第２の切断手段と、
   上記第２の切断手段で切断された個所を覆う位置に粘着テープを貼着する貼着手段とを具備しており、
   上記第２の切断手段と上記貼着手段は、上記メインドラムの外周面にほぼ接するように配置されていることを特徴とする自動接合装置。
2. 一の工程から他の工程に向けて供給中の先行シート材と待機中の後続シート材とを有し、上記他の工程に向けて供給する上記先行シート材の後端部と、上記後続シート材の先端部とを自動的に接合するシート材自動接合方法であって、
   上記先行シート材を切断する第１の切断工程と、
   上記第１の切断工程で切断され上記他の工程に向けて供給される上記先行シート材の後端部と上記後続シート材の先端部との重ね合わせ工程と、
   負圧により上記重ね合わせ工程で重ね合わせた状態を維持しつつ、重ね合わせた部位の上記先行シート材と上記後続シート材とを切断する第２の切断工程と、
   負圧により、上記第２の切断工程で切断した上記先行シート材と上記後続シート材の切断部位の移動を阻止した状態で、当該切断部位を覆うように粘着テープを貼着する貼着工程とを備えることを特徴とするシート材自動接合方法。

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