JP4201697B2

JP4201697B2 - 線状物の巻枠体及びそれを備えた包装装置

Info

Publication number: JP4201697B2
Application number: JP2003421859A
Authority: JP
Inventors: 直人伊藤
Original assignee: Asahi Kasei Engineering Corp; Asahi Kasei Kuraray Medical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Engineering Corp; Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP2005178982A

Description

本発明は、連続した線状物を巻取る巻枠体とそれを備えた包装装置に関し、特に、巻枠体上で線状物束を包装する際に好適な巻枠体構造に係る技術である。

従来から１本または多数本の連続した線状物を巻取って線状物の束を作ることが行われており、例えば、中空糸膜、合成畳表、ブラシなどは線状物の束を作成した後に、それを一定長に裁断して生産されている。特に中空糸膜は、自動車産業、半導体産業、医薬食品産業（医療用血液透析フィルター）などの多方面において使用されており、その用途からも高い品質が求められている。

従来からこのような線状物を巻取り包装する方法としては、正多角形のリールに巻取り、リール上で包装して切断するか、リールから引き出して包装及び切断を行う方法が知られている。
例えば特許文献１に開示される糸束テープ製造装置は、その第１実施例では糸を巻取り輪に規定数巻き付けて糸束を作った後、これを解きながら糸束の外周にテープをスパイラル状に貼り付け、さらに規定長さで切断するようになっている。該開示によれば糸を無駄にすることなく、自動化を図れるとしている。しかし、本構成では糸束を把持しないために巻取り輪から糸を解いた時点で糸のほつれや弛みを生じてしまい、巻取り時の状態を完全に保持したまま包装することはできない。また、装置の大型化を招く問題がある。

同開示の第３実施例では、糸を多角形の巻取り輪に連続して巻き付けて糸束を作り、巻取った巻取り輪内で平たい紙を１枚ずつ巻き付けると共に、粘着テープ等で固定する。これを必要な長さに切断することで紙巻き糸束をつくるようにした装置を開示している。このような巻取り輪は従来公知であり、巻取り輪内にて糸束を固定した上で包装し、その後切断すれば、糸がほつれたり弛むことなく高品質な糸束を製造することができる。

しかしながら、この方法で紙を巻き付けるなどの包装作業を行う際に、人手で行う場合には問題はないが、包装機等を用いて自動的に巻き付けようとすると、包装機の性質上、巻取り輪における多角形の辺の内周側まで包装機が回り込む必要があるため、巻取り輪における始端固定装置や終端固定装置と干渉してしまう問題があった。
従来、この干渉を避ける為に正多角形状を維持したまま巻取り輪を全体に大きくして、各辺の長さに予備長区間を加え、始端・終端固定装置が設けられている辺でも規定長の糸束を包装できるようにしていた。ところが、始端・終端固定装置の有無に関わらず予備長を設けるため、必要以上に多角形の各角部付近におけるロス部分が大きくなり、生産性の低下を招いていた。

特開平１０−１９４６０６号公報

本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、その目的は、巻枠体上で線状物束の包装を行う場合に、多角形状の角部近傍の製品ロスを抑制し、生産効率の向上を図るとともに、省資源化及び廃棄物の削減に寄与する巻枠体構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による線状物の巻枠体は次のような構造を備えている。
ここで、巻枠体は少なくとも１本の線状物を多角形状に巻取ると共に、巻取られた線状物束を巻枠体上に巻回した状態で各辺ごとに包装可能な線状物の巻枠体である。
巻枠体には、線状物の始端又は終端の少なくともいずれかを把持する単数又は複数の端部把持機構を備え、該端部把持機構をいずれかの辺の多角形角部近傍に配設する。
そして、請求項１に記載の発明は、該多角形の各辺長を、該端部把持機構を設けない辺は所定の第１辺長とする一方、該端部把持機構を設ける辺は該第１辺長よりも長い第２辺長とするものである。
本構成は、従来全ての辺長を同一にしていたのに対して、端部把持機構を設けた辺だけを長くすることで不等辺多角形を形成させるものであり、線状物束製造時のロスを抑制する技術である。

また、前記線状物の巻枠体において、該巻枠体の回転中心から各辺への垂線長が全ての辺において同一とすることができる。これにより、包装位置を変位させることなく、連続的な包装を可能にする。

また、前記巻枠体は、回転中心から放射状に配設されたハンド体を備え、該ハンド体の先端間に線状物を連架させる構成とすることができる。そして、ハンド体間の角度及び各ハンド体の長さを変化させることにより、前記多角形状を形成するため、従来同様にシンプルな構造をとることができる。

また、前記線状物が、中空糸である場合に適用するものであって、特に高精度な製造を要求される中空糸膜製品の製造に用いると好適である。

本発明はさらに上記のような巻枠体を備えた線状物の包装装置を提供することができる。
すなわち、請求項５に記載の構成は、上記巻枠体を備え、巻取られた線状物束を該巻枠体上に巻回した状態で各辺ごとに包装機により包装する線状物の包装装置である。
そして、巻枠体における多角形の各辺長を、端部把持機構を設けていない辺は所定の第１辺長とする一方、それを設けていない辺は該第１辺長よりも長い第２辺長とする。このように包装機を用いて一定の位置で連続的に包装を行う際に、本発明の巻枠体は特に効果を奏する。

以上の手段により次の効果を奏する。すなわち、巻枠体の構造に大きな変更を加えることなく、生産効率を向上させ、省資源かつ廃棄物の抑制に寄与する巻枠体を提供することができる。

請求項２によれば、特に包装機を用いて連続的な線状物束を製造する包装装置を提供することができ、従来の問題であった装置の大型化を防ぎ、装置の製造コストの削減、メンテナンス性の向上、生産設備の省スペース化を図ることができる。
「発明を実施するための最良の形態」

以下、本発明の最良と考えられる実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
図１は本発明に係る中空糸を巻取る巻枠体（Ａ）の正面図であり、図２は包装機を用いて包装する際の動作領域を示す部分拡大図である。
巻枠体（Ａ）は本実施例では図示しない駆動装置により回転する回転中心部（１０）と、該回転軸支部（１０）から放射状に所定の角度で配設されたハンド部（１１）〜（１６）を備え、中空糸（Ｂ）の巻取り時には６角形形状をなす。

ハンド部（１１）〜（１６）に巻取られた中空糸（Ｂ）は図２に示すように下端位置において包装機により包装部分（２０）の包装を行う。巻枠体（Ａ）が回転し、順次多角形の全ての辺について包装する。その際、包装機は下方から辺の上方まで回り込んで包装を行うため、包装機の動作領域（２１）は図２の通りである。

図３はハンド部の先端形状を示す説明図であり、（ア）は正面図部分拡大図を、（イ）は側面断面図である。先端部（１１ａ）は（イ）に示すように断面コ字状やＵ字状になっており、他の全てのハンド部（１２）〜（１６）においても同様に断面コ字状の凹部を備えている。そして、該凹部内に中空糸（Ｂ）が積み重なって巻取られる。
なお、本発明では１本の線状物を巻取る場合だけでなく、既に複数本例えば数百本の束になった線状物をさらに巻取って数千本、数万本といった多数の線状物から成る束を製造する際に用いることができる。以下、単に中空糸と呼ぶ場合にも、１本の中空糸の場合及び複数の中空糸束を指すものとする。

複数のハンド部（１１）〜（１６）のうち、図示のハンド部（１１）には端部把持機構の把持体（１７）（１８）が回動支点（１７ａ）（１８ａ）で回動可能に付設されている。該把持体（１７）（１８）は先端部（１１ａ）から手前に延設した把持板部（１１ｂ）に向けてバネ力で付勢されており、把持体（１７）（１８）と該把持板部（１１ｂ）とで中空糸の始端及び終端を把持するようになっている。該端部把持機構は、始端把持体（１７）で始端を把持した後に巻取りを開始し、規定数巻取りが完了すると終端把持体（１８）で終端を把持する。

これらは確実に把持を行い、始端・終端における製品ロスを最小限にするために、多角形状角部のごく近傍にて把持するようになっており、把持後の中空糸はすぐにハンド部先端部の凹部に係るため解れたり弛んだりすることがない。
しかし、その一方、角部近傍に把持体（１７）（１８）を配設する必要があるため、端部把持機構を配設した角部を含む多角形状の辺には把持体（１７）（１８）が突出することが避けられない。

図４は該終端把持体（１８）が包装時に包装機等と干渉することを説明する図である。前記図２で示したように包装機動作領域（２１）と終端把持体（１８）が干渉しないようにするためには、所定の包装長Ｌ₁（２２）の左右に予備長Ｌ₂（２３）を設ける必要があり、把持体（１８）が付設している場合にはその厚みに相当する部分の調整長Ｌ₃（２４）が必要である。また、始端把持体（１７）についても同様であり、この場合包装長Ｌ₁（２２）の左側に調整長Ｌ₃（２４）相当分を加える必要がある。

ところで、従来の巻枠体では正多角形を形成するようにしていたため、端部把持機構との干渉を避ける為の調整長Ｌ₃（２４）を全ての辺に設けて、正多角形自体が大きくなるように構成している。
特に、全てのハンド体間の巻数を均一にするためには図４のようにハンド体（１１）の両側に端部把持機構を設ける必要があり、その場合には包装長Ｌ₁（２２）の両側に調整長Ｌ₃（２４）を加えるため、全ての辺に大きな予備長（２５）が必要であった。
この各角部における予備長（２５）の２倍に相当する部分は全てロスとなり、廃棄或いは再資源化をする必要があるため、廃棄量の増加や消費エネルギーの増大を招く問題があった。また、製造コストの高い中空糸がロスになるため、生産コストが高くなる点も問題であった。

そこで、本発明では、図５に示すような巻枠体構造を提供する。従来の構成を改め、不等辺多角形を採用し、回転中心から各角部までの距離及び角度を変化させる。
本発明では適宜調整により端部把持機構を設けた辺を長くとり、設けていない辺を短くすることで構成することもできるが、特に次のように設計すると好適である。以下、図５に基づいて説述するが、説明の便宜のためにハンド体（１１）〜（１６）については厚みの中心線を基線とし、端部把持機構の厚みには該ハンド体の厚みも考慮されているものとする。

端部把持機構を両側のいずれにも設けていない辺を構成する中心角をθ₁（３０）、端部把持機構を一端に設けた辺を構成する中心角をθ₂（３１）とする。従来は正６角形であるから、これらはいずれも６０°であった。
そして、中心から各辺までの垂線長Ｌ（３３）がいずれの辺についても同一となるようにすることで、回転中心と各辺の距離を一定に保つ。
このとき、Ｌ（３３）は数１の計算式によって算出することができる。ここで、Ｒ₁（３４）は端部把持機構を設けていないハンド体の略先端部（線状物巻回部位の底面位置）までの長さ、Ｒ₂（３５）は端部把持機構を設けたハンド体の同底面位置までの長さである。
（数１）
Ｌ＝Ｒ₁cos(θ₁／２)

また、前述した包装長Ｌ₁（２２）と予備長Ｌ₂（２３）、大きな予備長Ｌ₂＋Ｌ₃（２５）を用いて関係式を立てると、次の（数２）〜（数４）が成り立つ。
（数２）
Ｒ₁×sin(θ₁／２)＝Ｌ₁／２＋Ｌ₂
（数３）
Ｌ×tan(θ₂−θ₁／２)＝Ｌ₁／２＋Ｌ₂＋Ｌ₃
（数４）
Ｒ₂＝Ｌ／cos（θ₂−θ₁／２）
ここで、作成する巻枠体がｎ角形（図５の場合ｎ＝６）であるとき、
（数５）
θ₂=(360-(n-2)×θ₁)／２
であるから上記を満たすθ₁、θ₂、Ｒ₁、Ｒ₂を求めることができる。

図６にこのように作成された巻枠体（Ａ）の包装作業時の動作を示す。図中では分かりやすいように、端部把持機構の大きさを拡大し、ハンド体の長さの違いも強調して図示している。
まず図中（ａ）の状態で巻取りの完了した中空糸束に対し包装機を用いて包装を開始する。このような包装機は公知であり、例えば前述した特許文献１などに開示される紙巻き装置などでもよい。

（ａ）のとき、端部把持機構が設けられた包装部分の右側には他の辺よりも長い予備長があるため、包装機は干渉することがない。そして、巻枠体（Ａ）をθ₁だけ回転させて（ｂ）の状態にする。すなわち、（ａ）における回転中心から辺に下ろした垂線は辺の中心よりも次の辺側に寄った地点で交わり、該垂線とハンド体の成す角はθ₁／２になるので、θ₁の回転で（ｂ）になる。この状態では、予備長は最小限の長さであり、（ａ）の状態と包装機を移動することなく、包装作業を行うことができる。
次いで、端部把持機構が設けられていない辺について、巻枠体（Ａ）をθ₁度ずつ回転させながら、包装作業を行っていく。

最後に（ｃ）の状態から端部把持機構を備えた辺に移すときには、再び巻枠体（Ａ）をθ₁だけ回転させることで（ｄ）の状態に変位し、包装作業を行う。（ａ）から（ｂ）のときと同様に、（ｄ）における垂線は前の辺側に寄った地点で交わり、その成す角がθ₁／２であるため、θ₁の回転で（ｄ）の状態になる。
このときにも、回転中心と包装位置の関係は一定であるため、包装機を動かすなどの作業場所を変更する必要がない。

本発明はこのように巻枠体を従来の正多角形から不等辺多角形に変更するだけで、端部把持機構と干渉することなく一定の場所で包装作業が可能になる技術であり、上記調整長部分を必要な部位にだけ設けることができるため、製品ロスも削減することができる。
なお、上記のように回転中心と各辺の距離を一定に保つことで常に同一の位置、角度を保ったまま包装作業が行えるため、特に自動的に連続生産する場合に好適である。

しかし、本発明によれば不等辺多角形を用いることで、製品ロスを削減することができる上、包装機の角度や位置が簡便に変更できる場合には、かならずしも回転中心と各辺の距離を一定に保つ構成でなくともよい。
また、上記では６角形の場合に適用したが、巻枠体には３角形のものから８角形、１２角形、２０角形など様々な多角形が用いられており、どのような多角形であっても適用することができる。ただし、大きな多角となるほど角部の角度が大きくなるため、端部把持機構との干渉が生じにくくなり、製品ロスの発生量も縮小する。従って、本発明の実施においては特に３角形から１８角形程度の巻枠体や、巻枠体に対して端部把持機構が大きな装置において特に好適である。ただし、製品長が短い時には２４角形や３０角形に適用しても効果的である。
本発明は、上記のように巻枠体単体で提供することもできるし、包装機と一体的に包装装置として構成し、提供することもできる。

最後に本発明に係る巻枠体の設計例を示し、ロスの削減量を検証する。
包装長（２２）が３００ｍｍ、予備長（２３）が２０ｍｍ、調整長（２４）が１５ｍｍである６角形状の巻枠体（Ａ）を設計することを想定する。
従来の正６角形の場合、各辺長は全て等しくなり１辺が３７０ｍｍであるから、全周長は２２２０ｍｍとなる。ロス部分は各角部において７０ｍｍずつ生じるため、全体で４２０ｍｍ、１８．９％がロスとなる。

一方、本発明による上記設計方法によれば、θ₁＝５９．３度、Ｒ₁＝３４３．７ｍｍ、Ｒ₂＝３５１．４ｍｍとなり、一辺の長さは端部把持機構を備えた辺では３５５ｍｍ、その他の辺は３４０ｍｍである。全周長は２０７０ｍｍであり、ロス部分は端部把持機構を設けた角部では５５ｍｍ、その他の角部は４０ｍｍであるから、全体で２７０ｍｍ、１３．０％がロスとなる。
このように同一の製品を同数得るために、従来の方法では４２０ｍｍ、本発明による方法では２７０ｍｍのロスであるから、全周長の変化を考慮しても３１％程度ロス部分を削減することができる。

本発明に係る中空糸を巻取る巻枠体の正面図である。同、部分拡大図である。ハンド部の先端形状を示す説明図である。端部把持機構が包装時に干渉することを説明する図である。本発明に係る巻枠体構造の説明図である。本発明に係る巻枠体の包装作業時の動作説明図である。

符号の説明

Ａ巻枠体
Ｂ中空糸束
１０回転中心部
１１〜１６ハンド体
１７始端把持部
１８終端把持部
２０包装部分

Claims

少なくとも１本の線状物を多角形状に巻取ると共に、巻取られた線状物束を巻枠体上に巻回した状態で各辺ごとに包装可能な線状物の巻枠体であって、該巻枠体が、線状物の始端又は終端の少なくともいずれかを把持する単数又は複数の端部把持機構を備え、該端部把持機構をいずれかの辺の多角形角部近傍に配設する構成において、
該多角形の各辺長を、該端部把持機構を設けない辺は所定の第１辺長とする一方、該端部把持機構を設ける辺は該第１辺長よりも長い第２辺長とすることを特徴とする線状物の巻枠体。
少なくとも１本の線状物を多角形状に巻取る巻枠体を備え、巻取られた線状物束を該巻枠体上に巻回した状態で各辺ごとに包装機により包装する線状物の包装装置であって、該巻枠体が、線状物の始端又は終端の少なくともいずれかを把持する単数又は複数の端部把持機構を備え、該端部把持機構をいずれかの辺の多角形角部近傍に配設する構成において、
該多角形の各辺長を、該端部把持機構を設けていない辺は所定の第１辺長とする一方、該端部把持機構を設けている辺は該第１辺長よりも長い第２辺長とすることを特徴とする線状物の包装装置。