JP2011131556A - シートの融着方法、シート融着体の製造方法及びレーザー式接合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のシートの融着方法は、レーザー光の透過性を有する透過材2の片側に配した、レーザー光を吸収して発熱する吸収層6に対して、複数枚のシート31,32が重ねられたシート積層体3を密接させ、その状態の該吸収層6に対して、透過材2における該吸収層6を配した側とは反対側からレーザー光51を照射し、該レーザー光51の照射により発熱した該吸収層6からの伝熱によりシート31,32どうしを融着させる。
【選択図】図1
Description
また、サニタリー製品に良く使われる不織布シートは、繊維の集合体であり、坪量に±10%程度の振れがあることも多い。そのため、不織布シートに吸光させ、発熱させると、一定の強度でレーザーを照射しても、温度の制御が難しいため、接合強度等にムラが生じ易い。
また、本発明は、融着するシートに制約が少なく、例えば、融着すべき2枚のシートが何れもレーザー光透過性である場合等においても、そのレーザー光を用いて、それらを効率よく融着させることができ、しかも、その融着をシートを搬送しながら安定して行うことができる、シート融着体の製造方法及びレーザー式接合装置を提供することに関する。
本発明のシート融着体の製造方法及びレーザー式接合装置は、融着するシートに制約が少なく、例えば、融着すべき2枚のシートが何れもレーザー光透過性である場合等においても、そのレーザー光を用いて、それらを効率よく融着させることができ、しかも、その融着をシートを搬送しながら安定して行うことができる。
先ず、本発明の第1実施形態について説明する。
第1実施形態に係るレーザー式接合装置1は、図1に示すように、周面の全体がレーザー光透過性の材料からなる中空の回転ロール2と、そのレーザー光を吸収して発熱する吸収層6と、複数枚のシート31,32が重ねられた構成のシート積層体3を、回転ロール2の周面上に配された吸収層6に対して押し付ける加圧ベルト41を備えたベルト式加圧装置4(加圧装置)と、回転ロール2の内側から外側に向かってレーザー光51を照射するレーザー照射機構5、及び加圧ベルト41を挟んで吸収層6と対向する部位に配置された赤外線カメラ8とを具備する。加圧ベルト41による押圧によって、シート積層体3は吸収層6に密接する。また、シート積層体の「積層」は、層間が接合されていることを要求するものではない。
回転ロール2は、図1中奥の回転ロール2の側面中心に固定され、回転ロール2外側に回転軸方向に伸びたシャフトが、ベアリング等で回転支持されており、シャフトがモータにより回転されることで図中矢印A方向に回転駆動される。シート積層体3の搬送速度は、回転ロール2の回転速度(周速)と同じである。
吸収層6は、回転ロール2の周面上に、レーザー光吸収材を配合した塗料等を塗着して形成したものであっても、回転ロール2の周面上に、一定の形状を有する吸収層6を、接着剤やボルト等の任意の固定手段で固定したものであっても良い。
また、図1に示す吸収層6は、回転ロール2の周面に、その全周に亘って密着するように設けられているが、図6に示す吸収層6のように、回転ロール2の周面の一部にのみに配されるものであっても良い。
また、一定の形状を有する吸収層6としては、例えば、(1)ガラスクロスやアラミドクロスなどの耐熱性素材からなるベルト基材に、耐熱性樹脂(フッ素樹脂等)を含浸させ、それを焼成して得られる耐熱樹脂シート(フッ素樹脂ベルト)や、更には含浸させる耐熱性樹脂に、カーボン、色材、近赤外吸収剤等のレーザー光吸収材を配合し、レーザー光の吸収発熱性を高めた耐熱樹脂シート、(2)近赤外領域の光の吸収率が金属類の中で比較的高く、熱伝導率が金属類の中で比較的低い金属、例えばチタンやニッケルを材料とした、肉厚0.2mm以下の金属シート等が挙げられる。
吸収層6は、レーザー光の照射を受けて発熱してもそれ自体が溶融または変形しないようにする観点から、その耐熱温度が、サニタリー用品に使用される不織布の溶融温度に余裕をもたせた200℃以上であることが好ましく、より好ましくは300℃以上である。
加圧ベルト41によりシート積層体3を回転ロール2の周面に圧接させる角度範囲は、シートの融着範囲に応じて適宜に変更可能とするが、回転ロール2の周方向の全周に亘って圧接させる場合を360度とした場合、搬送性およびシートの搬送時に加わる応力を小さくする観点から、45度以上であることが好ましく、45〜180度がより好ましく、60〜120度が一層好ましい。
レーザー照射機構5は、このような構成を有することによって、レーザー光51が加圧ベルト41の加圧面42に当たる位置(照射点P)を、シート積層体3の搬送方向(MD)及び該搬送方向と直交する方向(CD)の両方向に任意に移動させることができる。キャリッジ52の移動には、サーボモータ、油圧シリンダー、空圧シリンダー、油圧モータ等を用いることができる。反射ミラー53の回転にはサーボモータを用いることが好ましい。
またレーザー発生装置から照射されるレーザー光の出力は、シート積層体3の搬送速度と照射点Pの移動速度との差である相対速度の変化により融着強度にバラツキが発生しないよう、相対速度により制御されることが好ましい。レーザー光の出力は相対速度にほぼ比例して制御される。すなわち、相対速度が遅い場合はレーザー出力を下げ、逆に相対速度が速い場合にはレーザー出力を上げる。この場合、レーザー発振器にはアナログ信号などによる外部出力制御機能を持つ物を使用することが望ましい。
赤外線カメラ8は、レーザー光の照射点Pが移動する範囲全体を撮像できるように配置してあり、加圧ベルト41における照射点Pに対応する点の温度をモニタリング可能である。例えば、この温度をモニターして、(1)該温度が所定の値を超えた場合には、加熱しすぎによりシートに損傷等が生じる虞があると判断し、所定の値を下回った場合には、加熱不充分で融着不良が生じる虞がある等と判断することができる。また、(2)温度データをレーザー装置側にフィードバックして、レーザー装置の出力値を制御することができる。更に、(3)温度データよりレーザー照射の軌跡から照射形状のデータも取得することができる。
上述したレーザー式接合装置1は、上述した構成のレーザー照射機構5を一対備えており、図3に示すように、一方のレーザー照射機構によって、ナプキンの幅方向中央を通る直線72を境にして一方の側の融着部7aを形成し、他方のレーザー照射機構によって、該直線72を境にして他方の側の融着部7bを形成する。一方の融着部7aと他方の融着部7bは、前記直線72を境にして線対称の形状を有し、一対のレーザー照射機構それぞれの照射点Pの移動のさせ方は、前記直線72に対して線対称となる位置からレーザー光51を発射し、キャリッジ52や反射ミラー53を該直線72に対して線対称となるように動かす以外は同様である。
第1実施形態の方法においては、シート積層体3の搬送方向MDと直交する方向CDの成分を含む融着部の形成は、該レーザー光の照射点Pを、該反射ミラー53を所定の回転軸回りに回転させることにより回転ロール2周面上を該搬送方向MDに移動させると共に該搬送方向と直交する方向CDに移動させ、該搬送方向MDにおける、該シート積層体3と該レーザー光の照射点Pとの相対速度を遅くしながら行う。例えば、上述した融着部7aを、図4に示すように、融着部7aを、その接線が、シート積層体3の搬送方向MD及びその直交方向CDの両方向に対して45度をなす点を境にして、融着部73〜79に分割したときに、融着部73,75,77及び79は、何れも、シート積層体3の搬送方向MDの成分bより該搬送方向と直交する方向CDの成分aが大きい。これらの融着部73,75,77及び79を形成している間に、レーザー光51の照射点Pを、図1中の矢印Bで示すように、回転ロール2の回転方向に移動させることで、移動させない場合は融着部の形状により非常に大きな、例えば搬送方向に直交する方向に融着部を形成する場合には無限大にしなければならないキャリッジ52の移動速度を、機械的に実現できる速度まで低下させることができる。また、このことにより、融着部73,75,77及び79をレーザー光で形成する時間を長くとることができるので、レーザー発振器の出力が不足する場合であっても必要なシートどうしの融着強度を得られる速度まで前記相対速度を下げることも可能になる。さらに、相対速度を下げることで必要となるレーザー光の出力最大値も低下させることができるので、レーザー発振器の小容量化、装置の省スペース化、省コスト化が図れる。また、前記相対速度によるレーザー光出力の制御と合わせて各融着部位の融着強度のばらつきを低下させることができる。
図9〜図11は、レーザー光の照射点の移動のさせ方の1例であり、第一実施形態の図3,4に示す融着部の形成パターンを融着する際に、シート積層体3にレーザーをあてるレーザー照射点Pを、シート積層体3の搬送方向MDに直交する方向CDにのみ移動させた場合の時間経過におけるシート積層体3とレーザー照射点Pの相対速度の変化を示す。また、図12〜図14は、レーザー光の照射点の移動のさせ方の別の例であり、レーザー照射点Pを、シート積層体3の搬送方向MD及びそれと直交する方向CDの両方に移動させた場合の時間経過におけるシート積層体3とレーザー照射点Pの相対速度の変化を示す。
図9〜図14の横軸は時間経過を示し、左側縦軸が照射点PのCD方向の位置PCDを示している。右側縦軸は、シート積層体3の搬送速度VL、照射点PのMD方向移動速度Vy、照射点PのCD方向の移動速度Vx、シート積層体3と照射点PのMD方向の相対速度Vy’、シート積層体3と照射点Pの相対速度Vの各速度を示している。
(相対速度Vの算出方法)
シート積層体3の搬送速度をVL(MD方向)とし、照射点PをMD方向に移動させる速度をVyとする。照射点PのCD方向の移動速度をVxとする。シート積層体3と照射点PのMD方向の相対速度Vy’は、シート積層体3の搬送速度VLと照射点PのMD方向移動速度Vyとの差からなる。照射点PのCD方向の移動速度Vxは、照射点PのCD方向の位置の時間あたりの変化から求められる。図9〜図11の形態において、シート積層体3はCD方向には搬送されないので、シート積層体3と照射点Pの相対速度のCD方向成分は、照射点PのCD方向移動速度Vxは、等しい。 シート積層体3と照射点Pの相対速度Vは、シート積層体3と照射点PのMD方向の相対速度Vy’と照射点PのCD方向の移動速度Vxから下記式(1)で求められる。
また、照射点PのCD方向の移動速度Vxは、照射点PのCD方向の位置PCDの時間微分で求められ、図10に示すようにMD方向と直交するCD方向の成分が大きい融着部75、77を融着する時間範囲内で大きく変化する。
図11にシート積層体3と照射点PのMD方向相対速度Vy’と照射点PのCD方向移動速度Vxの合成速度であるシート積層体と照射点Pの相対速度Vを示す。相対速度Vは、シート積層体3の搬送速度VLから照射点PのCD方向移動速度Vxの最大値より大きい速度まで変化する。
また、融着すべき2枚のシート31,32が何れもレーザー透過性を有するシートである場合であっても、それらのシートを、安定的に融着させることができる。また、レーザー光による融着を可能とする目的で、レーザー光の吸収材をシートに配合する必要がない。そのため、シートの色や種々の物性を不必要に変化させたり、シート融着体の製造コストを増加させたりすることが防止される。
さらに、相対速度を下げることで必要となるレーザー光の出力最大値も低下させることができるので、レーザー発振器の小容量化、装置の省スペース化、省コスト化が図れる。
また、相対速度によるレーザー光出力の制御と合わせて各融着部位の融着強度のばらつきを低下させることができる。
レーザー光によるシートどうしの融着は、レーザー光の照射点を、シート積層体の搬送方向に移動させながら行うことが好ましく、その場合、該搬送方向及び該搬送方向と直交する方向の両方向に移動させながら行うこともできるし、該搬送方向には移動させ、該搬送方向と直交する方向には移動させずに行うこともできる。
シート積層体に含まれて互いに融着されるシートとしては、各種製法による不織布、不織布化されていない繊維ウエブ、織物、これら2以上の積層体等が挙げられる。それらのシートの一方又は双方は、熱可塑性樹脂からなる繊維を含むことが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアミド等が挙げられ、これらの2以上の樹脂からなる複合繊維等を用いることもできる。また、シート積層体3には、少なくとも1つのシートに融着成分が含まれていれば、積層される一部のシートに紙などの融着成分が含まれていないシートを用いてもよい。
第2実施形態においては、パンツ型使い捨ておむつを連続して製造する製造ラインにおいて、該おむつが幅方向に連続した構成のおむつ連続体34(シート積層体)に対して、第2実施形態に係るレーザー式接合装置1Aを用いて融着部35,35を形成している。第2実施形態で形成する融着部35,35は、おむつ連続体34を個々のおむつに分断した後には、個々のおむつの側部に位置するサイドシール部となるものである。サイドシール部は、着用者の背側に配される背側部の両側縁部と腹側に配される腹側部の両側縁部とを接合して、ウエスト開口部及び一対のレッグ開口部を形成するものである。
回転ロール2Aの内部には、異なる回転軸回りに回転する、レーザー光の照射点Pを、シート積層体3の搬送方向に移動させる反射ミラー及び該搬送方向と直交する方向に移動させる反射ミラーとを備えたガルバノミラー54が配されており、照射ヘッド50から照射されたレーザー光が、該ガルバノミラー54により方向を制御されて、おむつ連続体34に対して照射される。レーザー式接合装置1Aには、このような構成のレーザー照射機構が二組設けられており、それぞれのレーザー照射機構が、おむつ連続体34のおむつ連結部にレーザー光を照射することで、おむつ連結部に、2本の直線状の融着部(サイドシール部)35,35が、それぞれ、おむつ連続体34の搬送方向に直交する方向に延びて形成される。
また、2本の直線上融着部を形成するには、レーザー照射機構1台で行っても良い。この場合、照射点PAを、該搬送方向(図7中B方向)におむつ連続体34の搬送速度と同速度で移動させると共に該搬送方向と直交する方向に位置をずらして往復移動させる。
なお、2本の融着部(サイドシール部)35,35を形成した後のおむつ連続体34は、後の工程において、近接する2本の融着部35,35間で切断されて、個々のパンツ型使い捨ておむつとなる。
予熱する温度(シート積層体の表面温度または、シート積層体に当てる熱風、加熱したロールの温度を測定)は、シート積層体3の融点に対して、10〜80℃低い温度とすることが好ましく、30〜50℃低い温度とすることがより好ましい。
この温度制御に用いる温度制御装置としては、例えば、図15に示すように、吸収層6の温度を測定する測温手段(図示せず)と、吸収層6を冷却する冷却手段91と吸収層6を加熱する加熱手段92と、測温手段により測定した温度が所定の値を超えたときや超えているときに、所定時間あるいはその温度が所定の温度以下に戻るまで冷却手段を作動させ、また、測温手段により測定した温度が所定の値より低い場合、所定時間あるいはその温度が所定の温度となるまで加熱手段を作動させる制御部(図示せず)とを備えているもの等を用いることができる。吸収層6の温度制御は、吸収層6のシート積層体3に接する面とその反対側の面とを区別し、シート積層体3に接する面の温度を制御するものでも、両者を区別することなく、吸収層6の温度を制御しても良い。
前記冷却手段としては、各種公知のものを用いることができる。冷却手段としては、例えば、図15のように、ロール91等の吸収層6が接触するロール内に冷却水(温水でも良い)を循環させ、その冷却水の温度や流速を制御するものを設けたり、回転ロール2上の吸収層6や回転ロール2から離れた吸収層6(図6参照)に対して風を吹き付けるもの等を用いることができる。図15において、加熱手段であるロール92と冷却手段であるロール91はその位置を交換してもよく、また配置箇所は図15に示す以外の場所としてもよい。
図6に示す実施形態においても、ロール62を加熱又は冷却手段としてのロール、ロール63を冷却又は加熱手段としてのロールとすることもできる。
シート融着体の製造方法やレーザー式接合装置は、上述した実施形態のように、吸収性物品の製造工程に組み込んで用いることができ、また、吸収性物品の製造ラインとは別に行う吸収性物品の構成部材の製造に用いることもできる。
シート融着体は、吸収性物品の肌に当接される部位(液吸収面、立体ガード、ウイング部等)に用いることも好ましい。また、おむつの外表面を形成する部位に用いることも、肌触り等の観点から好ましい。
また、シート積層体3を吸収層6に密着させる方法として、加圧ベルト41を用いる方法に代えて、図16に示すように、吸収層6を外周面に有する回転ロール2に、シート積層体3を巻き掛けて密着させる方法や、図17に示すように、ベルトを有しないロール43d,43eを用いて密着させる方法を用いることもできる。これらの場合、赤外線カメラ8を、回転ロール2上のシート積層体3と対向する位置に配置し、シート積層体3におけるレーザー光の照射の軌跡や温度等を監視してもよい。
2 回転ロール
3 シート積層体
4 ベルト式加圧装置(加圧装置)
41 加圧ベルト
5 レーザー照射機構
50 照射ヘッド
51 レーザー光
52 キャリッジ
53 反射ミラー
6 吸収層
7 シート融着体
8 赤外線カメラ
Claims (10)
- レーザー光の透過性を有する透過材の片側に配した、レーザー光を吸収して発熱する吸収層に対して、複数枚のシートが重ねられたシート積層体を密接させ、その状態の該吸収層に対して、前記透過材における該吸収層を配した側とは反対側から前記レーザー光を照射し、該レーザー光の照射により発熱した該吸収層からの伝熱によりシートどうしを融着させる、シートの融着方法。
- レーザー光を透過させるレーザー光透過性部を有する中空の回転ロール上に、該レーザー光を吸収して発熱する吸収層を配し、複数枚のシートが重ねられたシート積層体を、該回転ロール上の該吸収層に密接させて搬送しつつ、該吸収層に対して前記回転ロールの内側から前記レーザー光を照射し、該レーザー光の照射により発熱した前記吸収層からの伝熱によりシートどうしを融着させる、シート融着体の製造方法。
- 前記シート積層体を、前記吸収層に密接させるために加圧ベルトを用いる請求項2記載のシート融着体の製造方法。
- 前記回転ロール、前記吸収層及び前記加圧ベルトを、前記シート積層体と同期して移動させつつ、前記シートどうしの融着を行う、請求項3記載のシート融着体の製造方法。
- 前記シートどうしの融着を、前記レーザー光の照射点を、前記シートの搬送方向及び/又は該搬送方向と直交する方向に移動させながら行う、請求項2〜4の何れかに記載のシート融着体の製造方法。
- 周面の全体又は一部がレーザー光を透過させるレーザー光透過性部である中空の回転ロールと、該回転ロールの周面上に配された、レーザー光を吸収して発熱する吸収層と、レーザー照射機構とを備え、複数枚のシートが重ねられたシート積層体が密接した前記吸収層に対して、該回転ロールの内側からレーザー光を照射するようになされている、レーザー式接合装置。
- 前記レーザー照射機構は、前記レーザー光の照射点を、前記シートの搬送方向及び/又は該搬送方向と直交する方向に移動させ得るようになされている、請求項6記載のレーザー式接合装置。
- 前記シート積層体を前記吸収層に密接させる、加圧ベルトを備えた加圧装置を備えている、請求項6又は7記載のレーザー式接合装置。
- 前記吸収層が、前記回転ロールの周面上でレーザー光の照射を受けた後、該周面から一旦離脱し、再び該周面上に戻るようになされている、請求項6〜8の何れかに記載のレーザー式接合装置。
- 請求項1記載のシートの融着方法、請求項2〜5の何れかに記載のシート融着体の製造方法、又は請求項6〜9の何れかに記載のレーザー式接合装置により、複数枚のシートが融着されたシート融着体を製造する工程を含む吸収性物品の製造方法。
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