JP2019514718A - 材料のウェブまたはシートを切削するための切削システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、コア材料層（１０）に穴を設けるための切削システム（１００）に関する。切削システムは、コア材料層（１０）を突き通すように構成された切削ナイフ（１１２）を有する切削工具（１１０）と、切削工具（１１０）の切削ナイフ（１１２）を受けるための剛性支持面（１２１）を有するアンビル（１２０）とを含む。切削システム（１００）は、切削工具（１１０）が前記アンビル（１２０）に押し付けられるときにかけられる力の少なくとも一部を吸収するように位置付けられた弾性部材（１２４、１１６）をさらに含む。【選択図】 図５ａ

Description

本発明は、特に包装材料などの材料のウェブまたはシートにおける切削準備特徴部の分野、特にそのような包装材料のための切削システムおよび切削方法に関する。

流動食を包み込みかつ保存するための容器などの製品容器を形成するために、板紙ベースの包装材料を使用することが一般に知られている。

例えば、食品の安全性および完全性に関して必要とされる最終的なパッケージの品質を確保するために、包装材料は、異なる層を含み得る。例として、積層包装材料は、板紙であって、少なくとも１つの第１プラスチック層が、最終的なパッケージの外面を構成するその一方側に施され、および第２プラスチック組成物または層が反対側または内側に施された板紙を含み得る。第２プラスチック組成物は、場合によりアルミニウム箔などの保護層へ積層され得、積層材料は、したがって、通常、最終的なパッケージに含まれることを意図された製品に接触する内側に外側または遠位層も含む。

最終的なパッケージにキャップまたはクロージャーが設けられる場合、包装材料に対する調整が行われる必要がある。任意の追加的な層が板紙に施される前に、板紙は、その目的のための穴を組み込むことにより、キャップが後に施されることに対して適合されることが既知である。穴を作ることを必要とする別の用途は、例えば、ストロー穴を有する包装である。

そのような穴は、通常、積層に先立って、すなわち何らかのポリマー層が最終的な包装材料を形成するために追加される前に板紙に切り込まれる。切削プロセスは、切削工具、例えば打抜きナイフを嵌め合いアンビルに逆らって動くように作動させることによって実施される。作動中、切削される板紙は、雄型工具を形成する打抜きナイフと、剛性アンビル面との間に位置付けられる。

高精度の切削を達成するために、打抜きナイフが板紙を突き通さずアンビル面に接触するように、打抜きナイフの移動を制御することが最も重要である。打抜きナイフの端位置において、打抜きナイフが実際にアンビル面に当たるような不整合がある場合、打抜きナイフおよび／またはアンビル面は、最終的に損傷を受けることになる。

包装材料の製造は、４００メートル毎分を遥かに超える極めて高速で行われる。打抜きナイフの端位置不整合があった場合、誤差の検出が間に合わないと莫大な量の包装材料が浪費されることが容易に理解される。

材料の浪費のリスクを減少させ、かつ穴切削プロセス全体の費用効率性を向上させるため、必要とされる打抜きナイフの移動の校正および整列を達成するのに丸１日超を費やすことは珍しいことではない。

これを考慮して、先行技術のシステムの欠点を少なくとも部分的に克服する、より効率的でありかつより敏感でない切削システムを提供することが望ましいであろう。

本発明の目的は、上記の問題を解決することである。

第１態様によると、コア材料層に穴を設けるための切削システムが提供される。切削システムは、コア材料層を突き通すように構成された切削ナイフを有する切削工具と、切削工具の切削ナイフを受けるための剛性支持面を有するアンビルとを有する。切削システムは、切削工具が前記アンビルに押し付けられるときにかけられる力の少なくとも一部を吸収するように位置付けられた弾性部材をさらに含む。

前記アンビルの剛性支持面は、前記弾性部材上に配置され得る。この実施形態のために、弾性部材が切削システムのアンビルに提供され、これは、従来の（および堅い）切削工具が使用され得ることを意味する。

実施形態において、切削ナイフは、剛性ナイフ支持体から延在する。これは、切削ナイフがナイフ支持体と一体的に作られ得、それにより切削工具の製造および取付が大幅に円滑になるという点で有利である。

切削工具の剛性ナイフ支持体は、弾性部材上に配置され得る。これは、より広範なプロセスウィンドウ、寿命の延長およびより費用効果がある切削ナイフの製造、ならびに振動および熱膨張に対してあまり敏感でないことに関して同じ技術的効果を得る代替的方法を提供する。

実施形態において、切削ナイフは、閉鎖経路に沿って延在し、これは、切削システムがコア材料層に穴または穿孔を設けるために使用され得るという点で有利である。閉鎖経路は、例えば、円形、または例えば楕円形、長方形、三角形などの他の形状を有し得る。

弾性部材は、ゴムで作られ得、これは、容易に入手可能な材料が使用され得るという点で有利である。

切削工具は、切削ローラーの外面に配置され得、アンビルは、アンビルローラーの外面に配置され得る。切削システムを回転システムにおいて実装することにより、高い製造速度が達成され得る。

切削ナイフのエッジおよびアンビルの剛性支持面の一方は、平坦であり得、かつ切削ナイフおよびアンビルの剛性支持面の他方は、凸状であり得る。１つの凸状部品を提供することにより、他方の部品が平坦であり得、これは、切削ナイフが平坦である実施形態にとって特に有利である。これは、平らな切削ナイフを製造することが遥かにより容易であるという理由によるものである。

別の実施形態において、アンビルの剛性支持面は、凸状であり、かつ半径を有し、アンビル半径の中心は、アンビルローラーの半径の中心と一致しない。これにより、改良された切削動作が達成される。

切削ローラーは、切削ナイフがアンビルの剛性支持面に接触すると弾性部材が圧縮されるように、アンビルローラーに対して位置付けられ得る。弾性部材は、切削ナイフがアンビルの剛性支持面に接触すると、０．０２〜０．１ｍｍだけ、好ましくは０．０６〜０．０８ｍｍだけ圧縮され得る。この圧縮量は、良好な結果を得るのに特に有利であることが分かっている。

第２態様によると、コア材料層に貫通穴を設けるための方法が提供される。本方法は、アンビルの剛性支持面上にコア材料層を配置することと、切削工具の切削ナイフを、コア材料層が切削されるときに切削ナイフがアンビルの剛性支持面に接触するように前記コア材料層に押し付けることとを含む。本方法は、切削工具またはアンビルが、切削ナイフが剛性支持面に接触すると変形するようにさらに実施される。

第３態様によると、包装材料を提供するための方法が提供される。本方法は、コア材料層を提供することと、上記の第２態様による方法を実施することにより、前記コア材料層に少なくとも１つの貫通穴を設けることと、ポリマー層が、切削穴を含むコア層全体を覆うように、切削されたコア材料層を少なくとも１つのポリマー層に積層することを含む。

先行技術による打抜きプロセスの概略図である。 本実施形態による切削システムを使用する切削プロセスの概略図である。 本実施形態による切削システムの断面図である。 本実施形態による切削システムの概略図である。 異なる実施形態による切削システムの断面図である。 本実施形態による方法の概略図である。

図１ａ〜ｃから始めると、先行技術による、コア材料層１０に貫通穴を設けるための一般的な方法が説明される。図１ａにおいて、コア材料層１０は、剛性支持面１２上に配置される。例えば、金属によって形成された支持面１２は、それがアンビルローラーの一部を形成する場合、平坦であるかまたはわずかに曲がっているかのいずれかである。雄型打抜き工具１６がコア材料層１０を切削するために提供される。雄型打抜き工具１６がコア材料層１０に向かって下方に移動するにつれ、それは、下方移動が止まるまでコア材料層１０を突き通す。図１ｂに最もよく示されるこのポイントで、雄型打抜き工具１６の切れ刃は、アンビル１２の剛性支持面よりわずかに上に位置する。この位置は、打抜き工具１６と剛性支持面との間のいかなる直接接触も回避するために極めて正確に設定され、なぜなら、そのような接触は、打抜き工具１６、アンビル１２または両方の損傷の原因となるためである。典型的には、切欠き部分１８を除去するために極めて小さい力のみが必要とされるように、打抜き工具１６とアンビル１２との間の垂直距離は、０．００５〜０．０３ｍｍである。打抜き工具１６が上向きに後退するにつれ、切削部分１８は、任意の好適な手段によって取り出され得る。図１ａ〜ｃから明らかであるとおり、打抜き工具１６とアンビル１２との間の相対的移動の校正は極めて重要である。

ここで、図２ａ〜ｃを見ると、本実施形態による改良された切削システム１００が説明される。切削システム１００は、コア材料層１０を突き通すように構成された切削ナイフまたはエッジ１１２を有する切削工具１１０を含む。例えば、切削工具１１０を可動支持構造、例えば回転ローラー上に配置することにより、切削工具１１０とコア材料層１０との間の相対的移動が提供される。

コア材料層１０に円形の穴を設けるために、切削ナイフ１１２は、円形であり得、これは、切削ナイフ１１２が切削工具１１０の円形状の遠位外周を形成することを意味する。しかしながら、本明細書において説明された実施形態に関連して、切削ナイフ１１２の他の形状、例えば直線または曲線のスリットまたは穿孔ラインも可能である。本明細書において説明された切削システム１００は、例えば、円形、長方形、三角形、楕円形などの様々な種類の穴形状にとって利点を提供し得ることを理解されたい。さらに、切削工具の遠位外周は、切削動作が均等に切削された穴をもたらさず、むしろコア材料層の穿孔をもたらすように離間されたリッジを含み得る。

切削工具１１０がコア材料層１０に向かって下方に移動するにつれ、切削ナイフ１１２は、コア材料層１０に係合し、これは、図２ｂにおいて最もよく示されている。ここで、切削工具１１０は、コア材料層１０に対して打抜き動作を提供し、これは、コア材料層１０内への切削ナイフ１１２の貫通をもたらす。

切削ナイフ１１２とコア材料層１０との間の相対的移動は、コア材料層の厚さ全体が切削されるまで続いており、このポイントで、切削ナイフ１１２は、アンビル１２０の剛性支持面１２１に接触する。

切削ナイフ１１２および／またはアンビル１２０の剛性支持面１２１の損傷を防ぐために、切削工具１１０によってかけられた押圧力に応答して弾性部材１２４が圧縮されるにつれ、剛性支持面１２１が下方に移動するかまたは曲がることができるように、弾性部材１２４が剛性支持面１２１の下部に配置される。

弾性部材１２４は、例えば、硬化ゴムで作られ得、変形は、支持面１２１の法線方向に０．０１〜０．１０ｍｍの範囲であり得る。

これは、コア材料層を完全に貫通する良好な切削を可能にするためにアンビル１２０が剛性支持面１２１を提供することを意味し、弾性部材１２４を設けることにより、いかなる損傷のリスクも大幅に減少する。

切削が完了すると、切削工具１１０からの押圧力は除去され、図２ｃに見られるとおり、切削工具は上向きに移動される。結果として、切削部分１８がコア材料層１０から除去され得る。

図３において、切削工具１１０の概略断面図が示されている。切削工具１１０は、代替的実施形態による切削システム１００の一部を形成する。切削工具１１０は、切削工具１１０の周辺部を形成する切削ナイフ１１２がコア材料層１０に係合すると同時に穴全体が切り抜かれるような形状を有する切削ナイフ１１２を含む。先に述べたとおり、切削ナイフの円周は、円形、三角形、長方形、楕円形などを有し得る。

結果として、コア材料層１０の一部１８（図２ｃを参照されたい）がコア材料層１０から切り出される。

切削ナイフ１１２は、剛性ナイフ支持体１１４から切り出されるコア材料層１０に向かって（図３において下向きの方向として見ると）外向きに突出する。剛性ナイフ支持体１１４および切削ナイフ１１２は、好ましくは、一体的な部片として同じ材料で作られる。この材料は、例えば、銅などの金属であり得る。

図３において見られるとおり、アンビル１２０は、剛性支持面１２１を支持する弾性部材は有しないが、代わりに、切削システム１００の弾性部材は、切削工具１１０の弾性部材１１６として形成される。したがって、弾性部材１１６は、剛性ナイフ支持体１１４より上、例えば剛性ナイフ支持体１１４とベース部材１１８との間に位置付けられる。これは、弾性部材１１６が、剛性ナイフ支持体１１４の、コア材料層１０の方を向いている剛性ナイフ支持体１１４の側の反対側に配置されることを意味する。

したがって、切削ナイフ１１２がアンビル１２０の剛性支持面１２１に接触すると、切削工具１１０の弾性部材１１６は、切削ナイフ１１２からの押圧力を弱め、それにより、切削工具１１０および／またはアンビル１２０への損傷は、図２ａ〜ｃを参照して説明された切削システム１００と同様に減少される。

ここで、図４を見ると、本実施形態による切削システム１００が示されている。切削システム１００は、高速での使用に特に有利であり、切削システム１００は、切削工具１１０が取り付けられた切削ローラー１５０を含む。ローラー１５０は、アンビルローラー２３０の形態のアンビル１２０に対して回転するように構成される。アンビル１２０は、剛性外面を有する。包装材料の一部を形成するため、後に説明されるコア材料層１０のウェブが１つまたは複数の案内ローラー２０２、２０４、２０６、２０８を介して切削システム１００を通して供給される。好ましくは、アンビルローラー２３０の直径は、コア材料層１０から切削される部分１８（例えば、図２ｃを参照されたい）が、切削工具１１０がコア材料層１０に係合するときに実質的に平坦となることを可能にするために、切削ローラー１５０の直径より実質的に大きい。したがって、切削ローラー１５０がアンビルローラー２３０に対して回転されると、切削工具１１０は、コア材料層１０に定期的に接触し、それによりコア材料層１０から穴が切り抜かれる。図２を参照して説明されるとおり回転システムを用いることにより、切削システム２００を極めて高速で作動させることが可能である。さらに、コア材料層１０の供給速度に対する切削ローラー１５２の回転速度を調整することにより、コア材料層１０における切欠き／穴の最終位置を制御することが比較的容易である。

上述の実施形態について、弾性部材は、図２ａ〜ｃに示されたアンビル１２０の一部または図３に示された切削工具１１０の一部のいずれかを形成し得る。

図５ａにおいて、切削システムの別の実施形態が示されている。ここで、切削工具１１０は、インサートとして切削ローラー１５０上に位置付けられ、それにより、ナイフ支持体１１４は、切削ローラー１５０の外面に取り付けられる。明らかなとおり、同じ寸法であるかまたはそうでないかのいずれかであるいくつかの切削工具１１０が切削ローラー１５０に取り付けられ得る。切削工具１１０が全体として剛性であるため、弾性部材は、この実施形態のためにアンビル１２０に提供される。

アンビル１２０は、インサートとしてアンビルローラー２３０上に位置付けられ、アンビルローラー２３０および切削ローラー１５０が互いに対して回転すると、アンビル１２０が切削工具１１０との接触を受けるように位置付けられる。弾性部材１２４は、アンビル１２０の剛性支持面１２１の下部に位置付けられる。切削ナイフ１１２がコア材料層１０を突き通すと、それは剛性支持面１２１を押圧し、剛性支持面１２１は、上記の説明により、弾性部材１２４が設けられていることを原因として偏向することが可能となる。

図５ｂにおいて、同様の実施形態が示されているが、しかしながら、切削工具１１０は、図３を参照して説明された切削工具１１０と同様に弾性部材１２４を有する一方、アンビル１２０は、この実施形態では全体として剛性である。したがって、弾性部材１１６は、ナイフ支持体１１４を支持するために位置付けられる。

図５ａ〜ｂに見られるとおり、切削ナイフ１１２は、平坦な形状を有し、すなわち、切削ナイフ１１２の円周方向切れ刃は、共通の平面において延在する。これは、湾曲した切削ナイフ１１２を含む代替形態と比べて、切削工具１１０の遥かにより安価な製造を可能にする。切削ナイフ１１２の回転移動を原因として、アンビル１２０の剛性支持面１２１は、平らなまたは平坦な切削ナイフ１１２を補償するための凸状構成を有する。アンビル１２０の剛性支持面１２１は凸状であるため、それは半径Ｒ１を呈する。アンビルローラー２３０も、その円筒形状を原因として半径Ｒ２を有する。好ましい実施形態において、アンビル半径Ｒ１の中心は、アンビルローラー２３０の半径Ｒ２の中心と一致せず、すなわち、半径Ｒ１は半径Ｒ２と同じ長さではない。

ローラー１５０、２３０の回転を原因として切削工具１１０がアンビル１２０に対して下方に押圧されると、弾性部材１２４は、典型的には０．０６〜０．０８ｍｍの範囲で圧縮される。特に、弾性部材の変形は、より幅広いプロセスウィンドウを可能にし、切削システム１００は、振動および熱膨張に対してあまり敏感でないことが分かっている。

４００メートル毎分を超えるウェブ速度が用いられる場合、上述の切削システムは、高速作動にとって特に有利であることが分かっている。依然として、このために高速で正確な切削が達成される。

ここで、図６を見ると、コア材料層に貫通穴を設けるための方法３００が説明される。概略的にのみ示された本方法３００は、アンビルの剛性支持面上にコア材料層を配置する第１ステップ３０２と、切削工具の切削ナイフを、コア材料層が切削されるときに切削ナイフがアンビルの剛性支持面に接触するように前記コア材料層に押し付ける第２ステップ３０４とを含む。ステップ３０４中、切削工具またはアンビルは、切削ナイフが剛性支持面に接触すると変形する。好ましくは、図２〜５を参照して上述のように、切削工具およびアンビルは、切削システムの一部を形成する。

方法３００は、切削されたコア材料層に少なくとも１つのポリマー層が設けられる後続のステップ３０６も含み得る。そのような実施形態において、方法３００は、コア材料層に貫通穴を設けるために実施されるのみならず、実際に積層包装材料を提供するために実施される。

一実施形態において、コア材料層１０の、切削工具１１０が係合する側は、包装材料を形成するために後続の層が最初に施される側であり得る。

したがって、包装材料は、コア材料層と、外部層と、内部層とを含み、外部層および内部層は、少なくとも１つの穴が切り抜かれた後にコア材料層の両側に施される。

コア材料層の一方側に施された外部層は、製造されるパッケージの外面を提供するように適合され、この外面および外部層は、パッケージの周囲に面する。内部層は、コア材料層の他方側に施され、かつ製造されるパッケージの、パッケージに含まれる材料に接触する内面を提供するように適合される。

コア材料層は、剛性を包装材料に提供するためのシートであり得、かつ好ましくはコア材料またはボール紙で作られ得る。

外部層は、コア材料層に施されたポリマー材料の少なくとも１つの層を含み得る。さらに、外部層を構成する層の１つは、形成される包材の外面を構成する装飾層であり得る。

印刷層は、外部層に隣接してコア材料層上に含まれ得る。

内部層は、ポリマー材料の少なくとも１つの層を含み得る。

保護層は、コア材料層と内部層との間に存在し得る。保護層は、箔、例えば金属箔、好ましくはアルミニウム箔であり得る。保護層は、周囲温度でのパッケージにおける食品の栄養的価値および風味を維持するために酸素から保護する。

加えて、積層が保護層とコア材料層との間に存在し得る。積層は、ポリマー材料の少なくとも１つの層であり得る。

一実施形態によると、パッケージに含まれる材料に接触する完成したパッケージの内部のための包装材料の層は、コア材料層から始まり、積層と、保護層と、シーリング層とを含む。積層は、コア材料が施された任意の保護層に接着接合することを可能にする。シーリング層は、シーリング層の両面を共に熱溶接することにより、パッケージシーリングを可能にする。

包装材料のポリマー層は、任意のタイプのポリマー材料、好ましくはポリエチレンなどのプラスチック材料であり得る。

異なるタイプの容器を包装材料から得ることができる。本発明による包装材料または容器は、好ましくは液体であり得る食料品のために使用され得る。

Claims (13)

1. コア材料層（１０）に穴を設けるための切削システム（１００）であって、
   前記コア材料層（１０）を突き通すように構成された切削ナイフ（１１２）を有する切削工具（１１０）と、
   前記切削工具（１１０）の前記切削ナイフ（１１２）を受けるための剛性支持面（１２１）を有するアンビル（１２０）と、
   を含み、
   前記切削工具（１１０）が前記アンビル（１２０）に押し付けられるときにかけられる力の少なくとも一部を吸収するように位置付けられた弾性部材（１２４、１１６）をさらに含み、
   前記アンビル（１２０）の前記剛性支持面（１２１）は、前記弾性部材（１２４）上に配置される、切削システム（１００）。
2. 前記切削ナイフ（１１２）は、剛性ナイフ支持体（１１４）から延在する、請求項１に記載の切削システム。
3. 前記切削工具（１１０）の前記剛性ナイフ支持体（１１４）は、前記弾性部材（１１６）上に配置される、請求項２に記載の切削システム。
4. 前記切削ナイフ（１１２）は、閉鎖経路に沿って延在する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の切削システム。
5. 前記閉鎖経路は、円形状を有する、請求項４に記載の切削システム。
6. 前記弾性部材（１２４、１１６）は、ゴムで作られている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の切削システム。
7. 前記切削工具（１１０）は、切削ローラー（１５０）の外面に配置され、前記アンビル（１２０）は、アンビルローラー（２３０）の外面に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の切削システム。
8. 前記切削ナイフ（１１２）および前記アンビル（１２０）の前記剛性支持面（１２１）の一方は、平坦であり、前記切削ナイフ（１１２）および前記アンビル（１２０）の前記剛性支持面（１２１）の他方は、凸状である、請求項７に記載の切削システム。
9. 前記アンビル（１２０）の前記剛性支持面（１２１）は、凸状であり、かつ半径（Ｒ１）を有し、前記アンビル半径（Ｒ１）の中心は、前記アンビルローラー（２３０）の半径（Ｒ２）の中心と一致しない、請求項８に記載の切削システム。
10. 前記切削ローラー（１５０）は、前記切削ナイフ（１１２）が前記アンビル（１２０）の前記剛性支持面（１２１）に接触すると前記弾性部材（１２４、１１６）が圧縮されるように、前記アンビルローラー（２３０）に対して位置付けられる、請求項７〜９のいずれか一項に記載の切削システム。
11. 前記弾性部材（１２４、１１６）は、前記切削ナイフ（１１２）が前記アンビル（１２０）の前記剛性支持面（１２１）に接触すると、０．０２〜０．１ｍｍだけ、好ましくは０．０６〜０．０８ｍｍだけ圧縮される、請求項１０に記載の切削システム。
12. コア材料層に貫通穴を設けるための方法であって、
    アンビルの剛性支持面上にコア材料層を配置し、
    切削工具の切削ナイフを、前記コア材料層が切削されるときに前記切削ナイフが前記アンビルの前記剛性支持面に接触するように前記コア材料層に押し付け、それにより、前記切削工具または前記アンビルは、前記切削ナイフが前記剛性支持面に接触すると弾性的に変形し押し付ける、
    方法。
13. 包装材料を提供するための方法であって、
    コア材料層を提供し、
    請求項１３に記載の方法を実施することにより、前記コア材料層に少なくとも１つの貫通穴を設け、
    前記切削されたコア材料層に少なくとも１つのポリマー層を設ける、
    方法。

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