JP4127393B2 - 回転加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工ローラと受けローラとの間を通過する被加工物（シートやフィルム等の材料）に対して、例えば、切断加工、ヒートシール加工、印刷加工等の加工を施す回転加工装置に関する。

従来、この種の加工装置においては、加工ローラの円筒面上に、例えば、カッター刃やシールブロック等の加工部が複数設けられており、加工ローラ及び受けローラを、材料の搬送速度と同一速度で回転駆動することにより、走行中の材料に対し、円筒面上における加工部のピッチと同一ピッチで加工を行っていた。
そのため、材料の加工ピッチを変更する場合には、その所望の加工ピッチに適した種々の加工ローラを別途用意しなければならず、その手間がかかると共に不経済であった。

このような問題を解決するために、加工ローラ及び受けローラの双方の回転速度を同一駆動で変速制御するようにした加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この加工装置においては、少なくとも、加工部が加工受け面と対向する加工領域においては、材料に加工している期間中、加工ローラ及び受けローラを、材料の搬送速度と同一周速で回転させるが、加工部が加工受け面と対向しない非加工領域においては、材料を加工しない期間中、加工ローラ及び受けローラを、材料の搬送速度に対し増減させた速度で回転させ、材料の加工ピッチを調整するようにしている。

一方、モータの負担を低減する観点から、加工ローラと受けローラとをそれぞれ別に駆動することにより各速度を独立して変速制御するようにした加工装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この加工装置においては、受けローラを、常に、材料の搬送速度と同一周速で回転させる一方で、加工ローラに対しては、加工領域においては、材料の搬送速度と同一周速で回転させ、非加工領域においては、材料の搬送速度に対し増減させた速度で回転させるようにしている。

また、この加工装置においては、加工ローラの両端の回転軸に、ベアリングを介して、リング状のベアラーを取り付けることにより、ベアラーを回転軸とは独立して回転させると共に、ベアラーを、受けローラに従動回転させつつその加工受け面に常に接触させることにより、加工ローラの加工部と受けローラの加工受け面との間隔を一定に保持するようにしている。
特許第２５５９０３６号 特開平１１−１８８６９７号等

しかしながら、上記特許文献２に記載の加工装置においては、ベアラーやベアリング等の加工精度、及びベアラーとベアリングの嵌め合い精度等には、ある程度の誤差が含まれており、これらの誤差が累積された取付精度の全体としてみると、加工ローラの加工部と受けローラの加工受け面との間隔には、少なくとも約５０μｍ程度の誤差（がたつき）が生じることがあった。

ところで、一般に、ヒートシールの加工においては、加工ローラの加工部と受けローラの加工受け面との間隔を高精度で且つ微小に設定する必要があり、この間隔に１０〜２０μｍ程度の誤差があっても、シール強度にむらが生じることが知られている。
そのため、ヒートシール加工に上記特許文献２に記載の加工装置を用いた場合、加工ローラの加工部と受けローラの加工受け面との間隔を所望の精度に保持できず、シール強度を一定にすることができないという問題がある。

従って、本発明の目的は、受けローラ又は加工ローラの速度を変速制御した場合、加工ローラの加工部と受けローラの加工受け面との間隔を高精度で且つ微小に保持できる回転加工装置を提供することにある。

本発明は、長尺の被加工物に所定の加工を施す加工部が円筒面に設けられた加工ローラと、該加工部との間で該被加工物を受ける加工受け面が円筒面上に形成された受けローラとを備え、該加工部が該加工受け面と対向する加工領域では、該加工ローラが該受けローラと同じ速度で回転し、該加工部が該加工受け面と対向しない非加工領域では、該加工ローラが該受けローラと異なる速度で回転するように構成された回転加工装置において、前記加工ローラの軸方向両端部には、それぞれ、ベアラーフランジが固定されており、該ベアラーフランジの外周部分は、前記加工領域で前記加工受け面と当接する当接円弧部と、前記非加工領域で前記加工受け面と当接しない非当接外周部とからなる回転加工装置を提供することにより上記目的を達成したものである。

本発明によれば、ベアラーフランジの外周部分を、当接円弧部と非当接外周部とからなるようにしたため、加工ローラ又は受けローラの速度を変速制御した場合、加工領域においては、加工受け面と加工部との間隔を高精度で且つ微小に設定でき、非加工領域においては、受けローラ及び加工ローラをそれぞれ独立して速度制御できる。

以下、本発明の回転加工装置の最も好ましい一実施形態を図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１及び図３に示すように、本実施形態の回転加工装置は、例えば生理用ナプキン等の製造ラインにおいて、表面シートや裏面シート等の原反シート２を所定のピッチ毎にヒートシールする工程に用いられるヒートシールユニット１である。
このヒートシールユニット（回転加工装置）１は、長尺の原反シート（被加工物）２にヒートシール（所定の加工）を施すシールブロック（加工部）３ａが円筒面に設けられた加工ローラ３と、シールブロック３ａとの間で原反シート２を受ける加工受け面４ａが円筒面上に形成された受けローラ４とを備えている。
シールブロック３ａが加工受け面４ａと対向する加工領域αでは、加工ローラ３は受けローラ４と同じ速度で回転し、シールブロック３ａが加工受け面４ａと対向しない非加工領域γでは、加工ローラ３は受けローラ４と異なる速度で回転するように構成されている。
加工ローラ３の軸方向両端部には、それぞれ、ベアラーフランジ３０、３０が固定されている。ベアラーフランジ３０の外周部分は、加工領域αで加工受け面４ａと当接する当接円弧部３１と、非加工領域γで加工受け面４ａと当接しない非当接外周部３２とからなる。
以下、かかるヒートシールユニット１の詳細を述べる。なお、図１では、便宜上、加工受け面４ａとベアラーフランジ３０とが離れているが、実際には、これらは互いに接触している。

図１、図３又は図５に示すように、本実施形態のヒートシールユニット１は、受けローラ４及び加工ローラ３がそれぞれ上下に配置されたものである。
受けローラ４は、所定の直径φＤ₁（例えば１３１．８ｍｍ）の円柱形状に形成され、その円筒面がシールブロック３ａとの間で原反シート２を受ける加工受け面４ａとして機能する。受けローラ４は、第１回転軸４ｂに固定され、第１回転軸４ｂと共に回転するようになっている。第１回転軸４ｂの一端部には、カップリング５を介して、第１サーボモータ６が連結されている。

加工ローラ３は、所定の直径φＤ₂（例えば１３１．８ｍｍ、ただし、φＤ₁と一致しなくてもよい）の円柱形状に形成されたもので、第２回転軸３ｂに固定されている。第２回転軸３ｂの一端部には、上記同様、カップリング７を介して、第２サーボモータ８が連結されている。

加工ローラ３の円筒面上の軸方向中央部には、例えば２個のシートブロック３ａが直径方向に取り付けられている。第１、第２回転軸４ｂ、３ｂの平行配置により、シートブロック３ａは、受けローラ４の加工受け面４ａとクリアランスが、受けローラ４の撓み等を考慮しない場合、ゼロで接触するようになっている。この場合、加工ローラ４の側面において、第２回転軸３ｂを中心に、シールブロック３ａと加工受け面４ａとの接点を通る軌跡円（以下、「加工軌跡円Ｃ」とする）は、受けローラ３の側面の外形円と同一形状である。

ここで、第１サーボモータ６及び第２サーボモータ８は、それぞれ、コントローラ（図示しない）に電気的に接続され、受けローラ４及び加工ローラ３をそれぞれ独立して速度制御するように構成されている。このコントローラによる速度制御について説明すると、第１サーボモータ６により、受けローラ４の速度（接線速度）は、原反シート２の搬送速度と常に同一になるように制御され、第２サーボモータ８により、加工ローラ３の速度（接線速度）は、原反シート２に施すシールピッチ（加工ピッチ）の大きさに応じて変速するように制御される。

ただし、加工ローラ３の速度制御については、シートブロック３ａが加工受け面４ａと対向し原反シート２に対してヒートシールを施す加工領域αにおいては、加工ローラ３の速度は、受けローラ４の速度と同一に設定され、シートブロック３ａが加工受け面４ａと対向せず原反シート２と接触しない非加工領域γにおいては、加工ローラ３の速度は、受けローラ４の速度に対し加減速されるようになっている。

図１又は図２に示すように、加工ローラ３の軸方向両端面には、それぞれ、同一形状・同一大きさのベアラーフランジ３０、３０が固定されており、ベアラーフランジ３０は、加工ローラ３と一体して回転するようになっている。
ベアラーフランジ３０の外周部分は、加工ローラ３上のシールブロック３ａの位置に対応して、加工軌跡円Ｃに沿って、当接円弧部３１と非当接外周部３２とが交互に配置されるように形成されている。

この点について詳述すると、図３に示すように、加工ローラ３の側面についてシールブロック３ａの各中心線を９０°、２７０°にした座標系においては、当接円弧部３１は、それぞれ、９０°直線を中心にした第１加工領域α₁（θ₁＜α₁＜θ₂）と、２７０°直線を中心にした第２加工領域α₂（θ₁＋１８０°＜α₂＜θ₂＋１８０°）とに配置されている。当接円弧部３１の中心角（θ₂―θ₁）は、シールブロック３ａが加工ローラ３の円筒面に占める範囲の中心角βより大きく設定されている。

このような当接円弧部３１は、シートブロック３ａの曲率半径Ｒ₁（上記例では６５．９ｍｍ）とほぼ同一の円弧状に形成されており（この点について詳細後述）、第１、第２加工領域α₁、α₂において、シールブロック３ａと共に加工受け面４ａと接触するようになっている。

ここに、角度θ₁、θ₂は、それぞれ、第１加工領域α₁では、当接円弧部３１と非当接外周部３２との境界Ｐ₁、Ｐ₂を通る直線と、０°直線とのなす角度（＋）であり、第２加工領域α₂では、当接円弧部３１と非当接外周部３２との境界Ｐ₂’、Ｐ₁’を通る直線と、０°直線とのなす角度（―）である。なお、境界Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₁’、Ｐ₂’は、適宜、境界Ｐと総称する場合がある。

非当接外周部３２は、それぞれ、０°直線を中心にした第１非加工領域γ₁（―θ₁＜γ₁＜θ₁）と、１８０°直線を中心にした第２非加工領域γ₂（θ₂＜γ₂＜−θ₂）とに配置されている。このような非当接外周部３２は、第１、第２非加工領域γ₁、γ₂において、加工受け面４ａと接触しないような形状であればよく、特に限定されないが、例えば、図３に示すように、中心角（２×θ₁）の円弧部分に内接する２辺からなる角形状に形成されている。

このようなベアラーフランジ３０は、第１、第２加工領域α₁、α₂においては、加工受け面４ａが当接円弧部３１によって支持されることにより、加工受け面４ａとシールブロック３ａとのクリアランスが一定に保持される。しかし、本実施形態のように、受けローラ４が加工ローラ３の上方に配置されており、受けローラ４が、自重により撓んだ場合又は油圧装置等から圧力を受けた場合、第１、第２非加工領域γ₁、γ₂においては、第１回転軸４ｂと第２回転軸３ｂとが平行に配置されていない等の原因により、上記クリアランスが一定に保持されず、特に、クリアランスが微小値（例えば０〜１００μｍ）に設定されているとき、加工受け面４ａがシールブロック３ａと大きな衝撃を伴って衝突することがあり得る。
そのため、本実施形態においては、ベアラーフランジ３０に、上記構成と併せて以下に述べる構成が施されている。

当接円弧部３１と非当接外周部３２との境界Ｐ近傍において曲率半径の急激な変化は、加工ローラ３と受けローラ４との接触角度を大きくする結果、振動の増大につながるため、このような曲率半径の急激な変化を緩和させる観点から、図４（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、当接円弧部３１と非当接外周部３２との境界Ｐ近傍においては、当接円弧部３１は、その両端部分を除く部分が、シートブロック３ａの等しい第１曲率半径Ｒ₁で形成されており、非当接外周部３２との境界Ｐ近傍にある両端部分が、第１曲率半径Ｒ₁より小さい第２曲率半径Ｒ₂で形成されている。

この点について詳述すると、第１加工領域α₁において、９０°直線を中心にシールブロック３ａの中心角βを含む中央領域α₁₁では、当接円弧部３１が第１曲率半径Ｒ₁の曲面で形成されている。また、中央領域α₁₁から外れて境界Ｐまでの端部領域α₁₂では、当接円弧部３１が、９０°直線から離れる方向に、第１曲率半径Ｒ₁から第２曲率半径Ｒ₂に漸減する曲面で形成されている。
第２加工領域α₂の中央領域α₂₁及び端部領域α₂₂についても、上記同様である。

この場合、第２曲率半径Ｒ₂は、第１曲率半径Ｒ₁の値（６５．９ｍｍ）に対し、６５．８６＜Ｒ₂＜６５．９ｍｍ、即ち、第２曲率半径Ｒ₂の減少率は、［６５．８６／６５．９］〜［６５．９／６５．９］の範囲内に設定することが好ましい。
このような第１曲率半径Ｒ₁（６５．９ｍｍ）及び第２曲率半径Ｒ₂（６５．８６ｍｍ）で形成されたベアラーフランジ３０は、第１曲率半径Ｒ₁のみで形成されたものに対し、振動測定試験における振動加速度について、１／５の値を示している。

また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、加工受け面４ａとシールブロック３ａとの衝撃を緩衝する観点から、非当接外周部３２には、緩衝部材３３が、当接円弧部３１と非当接外周部３２との境界Ｐに生じた段差部分を埋めるように取り付けられている。
この点について詳述すると、緩衝部材３３は、三角柱の薄いくさび状に形成されたもので、非当接外周部３２の表面上に設置された底面に対し、上面が境界Ｐに接し且つ加工軌跡円Ｃと内接するように傾斜しており、加工軌跡円Ｃ内に収まるように配置されている。このような緩衝部材３３は、例えば、ゴムやウレタン等のように防振機能を有する弾性体からなっている。

次に、本実施形態のベアラーフランジ３０の製造方法等を説明する。
加工ローラ３の両側面に、それぞれ、ＮＣ加工したベアラーフランジ３０、３０をボルトで固定し、加工ローラ３とベアラーフランジ３０とを一体化させてから、シールブロック３ａと当接円弧部３１とを同時に円筒研磨する。これらの曲率半径をほぼ同一の第１曲率半径Ｒ₁に仕上げ、その許容誤差を±０．００５ｍｍ（５μｍ）程度にする。

当接円弧部３１の端部領域α₁₂には、予め、ベアラーフランジ３０の製造の際に、第１曲率半径Ｒ₁から第２曲率半径Ｒ₂に漸減させてＮＣ加工を施しておく。この際、衝撃を緩衝させる観点から、当接円弧部３１において、熱処理等の表面処理を施すことにより、端部領域α₁₂の硬度を、中央領域α₁₁の硬度より小さくしてもよい。
その後、受けローラ４の加工受け面４ａと、加工ローラ３のシールブロック３ａとを、油圧装置等を用いて互いに押し付け、くさびブロック等を用いて調整することにより、加工受け面４ａとシールブロック３ａとのクリアランスを一定の微小値に設定する。

次に、図３及び図５を参照し、本実施形態のヒートシールユニット１の使用態様及び作用を説明する。
受けローラ４の速度を、走行中の原反シート２の搬送速度と常に同一となるように速度制御する。その一方で、加工ローラ３を、加工領域α₁、α₂では、受けローラ４の速度と同一になるように速度制御することにより、原反シート２の表面上及び裏面上の速度差をなくし、第１、第２非加工領域γ₁、γ₂では、受けローラ４の速度に対し、加速又は減速するように速度制御することにより、原反シール２上のシールピッチを減少又は増加させる。

このような受けローラ４及び加工ローラ３の回転動作において、第１、第２加工領域α₁、α₂では、加工受け面４ａがベアラーフランジ３０の当接円弧部３１によって支持されるため、加工受け面４ａとシールブロック３ａとのクリアランスが一定の値に保持され、原反シート２のシール強度が均一になる。

シールする中央領域α１１から離れ、境界Ｐに向かう端部領域α₁₂では、当接円弧部３１が第１曲率半径Ｒ₁から第２曲率半径Ｒ₂に漸減しているため、受けローラ４と加工ローラ３との平行度に若干の狂いが生じていても、受けローラ４はシールブロック３ａと急激に衝突せずその際に生じる振動が抑えられる。
その後、境界Ｐを越えて第１、第２非加工領域γ₁、γ₂に進入する領域では、緩衝部材３３が非当接外周部３２に取り付けられているため、受けローラ４が緩衝部材３３と平行にならずに衝突しても、その際生じた衝撃や振動は緩衝される。

一方、第１、第２非加工領域γ₁、γ₂においては、非当接外周部３２が加工受け面４ａと接触しないため、受けローラ４及び加工ローラ３は、互いに干渉せず独立して回転する。

以上述べたように、本実施形態によれば、ベアラーフランジ３０の外周部分を、当接円弧部３１と非当接外周部３２とからなるようにしたため、受けローラ４及び加工ローラ３の速度を変速制御した場合、第１、第２加工領域α₁、α₂においては、加工受け面４ａとシールブロック３ａとのクリアランスを高精度で且つ微小に保持でき、第１、第２非加工領域γ₁、γ₂においては、受けローラ４及び加工ローラ３をそれぞれ独立して速度制御できる。

特に、本実施形態の場合、加工ローラ３とベアラーフランジ３０とを一体にしたため、全体の取付精度を高くして上記クリアランスをより高精度にすることができる。
このようなベアラーフランジ３０は、加工ローラ３の側面に、センサーやヒーターの設置孔等の加工を施す際に妨げとならず、従来の加工ローラの側面と同様に機能する。

また、本実施形態によれば、当接円弧部３１において、ヒートシールする中央領域α１１をシートブロック３ａと等しい第１曲率半径Ｒ₁とし、境界Ｐ近傍の端部領域α₁₂を第１曲率半径Ｒ₁から第２曲率半径Ｒ₂に漸減させたため、受けローラ４及び加工ローラ３が平行に配置されていなくても、受けローラ４とシールブロック３ａとの急激な衝撃を防止しその際に生じる振動を抑えることができる。

さらに、本実施形態によれば、緩衝部材３３を、当接円弧部３１と非当接外周部３２との境界Ｐに生じた段差部分に埋めたため、受けローラ４及び加工ローラ３が平行に配置されていなくても、受けローラ４とシールブロック３ａとの衝突によって生じた衝撃や振動を緩衝することができる。

本発明は、上記実施形態に限られることなく、種々の変更等を行うことができる。
例えば、本発明のベアラーフランジは、サニタリー製品の製造工程において、加工ローラの加工部を、上記実施形態のようにシールブロックとした場合だけでなく、原反シートを切断するロータリダイとした場合等にも適用でき、また、ロール紙等の印刷工程において、加工ローラの加工部を、印字ヘッドやカッタ等にした場合にも適用できる。

また、本発明のベアラーフランジは、受けローラの撓みだけでなく、加工ローラの撓みにも効果的であり、これらの第１、第２回転軸についてカップリングでは抑制できない芯振れや、受けローラ及び加工ローラの円筒度公差を越えた誤差を含む円筒面にも効果的である。

さらに、本発明の加工部の数は限定されるものでなく、加工部の数及び位置と同じなるように、当接円弧部をベアラーフランジに配置すればよい。

本実施形態の回転加工装置の概略構成（受けローラ及び加工ローラがそれぞれ上下に配置）を示す斜視図である。 本実施形態の加工ローラの概略構成を示す斜視図である。 本実施形態のベアラーフランジにおける当接フランジ部及び非当接フランジ部の位置関係を示す側面図である。 （ａ）は、本実施形態のベアラーフランジにおける緩衝部材を示す側面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ部を拡大して示す図である。 本実施形態の受けローラ及び加工ローラの回転状態を示す図である。

符号の説明

２ 原反シート（被加工物）
３ 加工ローラ
３ａ シールブロック（加工部）
４ 受けローラ
４ａ 加工受け面
３０ ベアラーフランジ
３１ 当接円弧部
３２ 非当接外周部
３３ 緩衝部材
α 加工領域
α₁、α₂ 第１加工領域、第２加工領域
α₁₁、α₂₁ 中央領域
α₁₂、α₂₂ 端部領域
γ 非加工領域
γ₁、γ₂ 第１非加工領域、第２非加工領域
Ｒ₁、Ｒ₂ 第１曲率半径、第２曲率半径

Claims (3)

1. 長尺の被加工物に所定の加工を施す加工部が円筒面に設けられた加工ローラと、該加工部との間で該被加工物を受ける加工受け面が円筒面上に形成された受けローラとを備え、該加工部が該加工受け面と対向する加工領域では、該加工ローラが該受けローラと同じ速度で回転し、該加工部が該加工受け面と対向しない非加工領域では、該加工ローラが該受けローラと異なる速度で回転するように構成された回転加工装置において、
   前記加工ローラの軸方向両端部には、それぞれ、ベアラーフランジが固定されており、該ベアラーフランジの外周部分は、前記加工領域で前記加工受け面と当接する当接円弧部と、前記非加工領域で前記加工受け面と当接しない非当接外周部とからなる回転加工装置。
2. 前記当接円弧部は、その両端部分を除く部分が前記加工部と等しい第１曲率半径で形成されており、該両端部分が該第１曲率半径より小さい第２曲率半径で形成されている請求項１記載の回転加工装置。
3. 前記非当接外周部には、緩衝部材が、前記当接円弧部と前記非当接外周部との境界に生じた段差部分を埋めるように設けられている請求項１又は２に記載の回転加工装置。