JP4901067B2 - 製造設備の温度を制御する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、高速で連続的な方法で通常製造されるフィルム、ウェブ、又はその他の物品の製造において使用される、設備の温度を制御及び／又は調節するための方法及び装置に関する。

製造プロセス中において、及びより典型的には高速製造プロセス中において、物品又は材料を誘導するために、及び／又は製造されている材料又は物品の特性に影響を及ぼすことが可能な特定操作を実施するために、ロール及び／又はベルトが使用されることが多い。例えば、ロール及び／又はベルトを使用して、製造又は加工プロセス中の材料又は物品に対し、カレンダー掛けし、エンボス加工し、加熱し、冷却し、張力をかけ、方向付けし、接着剤、インク、又は他の物質を塗布することなどができる。連続プロセスにおいて、材料又は物品の製造又は加工に関連してロール又はベルトが使用される時には、その材料又は物品は、通常は、ロール回転の一部の間だけロールと、又は経路の一部の間だけベルトと接触している。特定の操作の場合、加工されている材料又は物品は、回転の一部（又はベルト使用の場合にはその経路の一部）の間にロールと接触している時にはある温度範囲に、及び回転の異なる部分の間にロールと接触している時には異なる温度に到達又は維持されるのが望ましいことがある。あるいは、ロール及び／又はベルトの一つ以上が、回転又は経路のある部分の間にはある温度範囲に加熱又は冷却され、及び回転又は経路の異なる部分の間には別の温度範囲に加熱又は冷却されるのが望ましいことがある。しかしながら、加工中の材料又はロール及び／又はベルトそのものの温度制御は、非常に複雑でコストがかかる可能性があり、特に高速において現状技術で達成することは非常に困難である。

製造中に使用されるロールを冷却する現状技法には、ロールを通して流体を流してロールの温度を制御し、ロール外周部に空気、蒸気、又は水を適用し、及びアイドラーロールを製造ロールに接触させて製造ロールの表面を加熱する又はこれから除熱することが含まれる。このような方法の例が、マッキンタイア（McIntyre）に対して発行された米国特許第４，８０５，５５４号、ウィットコップフ（Wittkopf）に対して発行された米国特許第５，０５８，４９６号、ギンツブルク（Ginzburg）に対して発行された米国特許第５，２１２，９７５号、シェイル（Scheil）に対して発行された米国特許第５，７９９，４１１号、及びラッド（Rudd）に対して発行された米国特許第６，２５６，９０３号に開示されている。しかしながら、対流冷却に重点を置く技法は、伝導ほどには有効に熱伝達できないがゆえに生産速度が制限されるという点で著しい欠点がある。更に、加熱又は冷却のために自由流体を使用すると、必然的な回収及び衛生問題の理由から望ましくないことが多い。熱交換のために他のロールに接触するロールを使用することに関しては、かかる方法は、加熱又は冷却されるロールの外周を加熱又は冷却する持続時間がロール間のニップにより制限されるので、比較的に非効率的である。本発明は、ロール表面のより大きい部分を伝導で冷却する能力を準備提供することにより、これらの不利点を克服する。更に、本発明は、温度低下と同時に、ウェブ／接着剤の構造体をロール表面から取り去る助力をする補助的な真空力の発生能力を提供する。

それ故、経路に沿って移動する時にベルト表面の温度を制御するための費用的に有効な方法及び／又は装置を準備することが望ましい。軸線の周りを回転する時にロール表面の温度を制御するための費用的に有効な方法及び／又は装置を準備することも又望ましい。更に、ロール又はベルトを使用して製造又は加工されている材料及び／又は物品の温度を制御する装置及び／又は方法であって、材料及び／又は物品の温度が軸線の周りを回転するロール又は経路に沿って移動するベルトの所与の部分を通過する間に制御される装置及び／又は方法を準備することが望ましい。更に、現状のロール若しくはベルト技術と共に又はこれらの代わりに使用できる、ロール若しくはベルトを使用する操作で、ロール若しくはベルト又は加工中の材料のゾーン温度制御を準備する装置及び／又は方法を有することが望ましい。高速及び／又は連続運転で使用できる、ロール若しくはベルトを使用する操作で、ロール若しくはベルト又は加工中の材料のゾーン温度制御を準備する改良された方法及び／又は装置を提供することも又望ましい。

本明細書で引用した全ての文献は、関連部分を参考として本明細書に組み入れる。いかなる文献の引用も、それが本発明に関する先行技術であると承認したとして解釈されるべきでない。

本発明の方法及び装置は、製造ロールの温度を変更させるベルトを使用することにより、従来技術の問題点に対して新規解決法を提供する。例えば、本発明の方法及び装置を使用して、回転しているロールの温度をゾーン制御することができる。一実施形態では、本装置は、第一の温度の表面を有して軸線の回りを回転可能なロールと、ロール表面の少なくとも一部に隣接して配置されると共に接触領域でロール表面と接触しており、第一の温度と異なる第二の温度を有するベルトとを備え、ここでロールが回転する時に、接触領域において、ベルトがロール表面の少なくとも一部に温度変化の影響を及ぼすことが可能である。

本発明による回転しているロールの温度をゾーン制御するための一方法は、（ａ）軸線と第一の温度の表面とを有するロールを準備する工程と、（ｂ）ロール表面の少なくとも一部に隣接して配置されたベルトを準備する工程と、（ｃ）ベルトを第一の温度と異なる第二の温度へ加熱又は冷却する工程と、（ｄ）接触領域でロール表面に直接又は間接的にベルトを接触させる工程と、（ｅ）ベルトと接触させたままロールを回転させて、ここでロールが回転する時に、接触領域において、ベルトがロール表面の少なくとも一部に温度変化の影響を及ぼす工程とを含む。

本方法を実行する代替方法及び装置も意図しており、この明細書の次のセクションで詳細に説明する。

本明細書は、本発明を特定して指摘して明確に請求する請求項でまとめられているが、本発明は、添付図面と共に読まれる好ましい実施形態の次の説明によってよりよく理解される。図面中において、同じ参照番号は同一要素を表わす。

本発明は、高速で連続的な方法で通常製造されるフィルム、ウェブ、又はその他の物品の製造で使用されるロール及び／又はベルトなどの設備の温度を制御及び／又は調節する方法及び装置に関する。しかしながら、本発明の方法及び装置は、非連続的な製造方法及びそれに使用される装置、並びに高速で運転されない方法及び装置にも適用可能であることを理解されたい。

製造プロセスの間に、及びより典型的には高速製造プロセスの間に、物品若しくは材料を案内するために、及び／又は製造される材料若しくは物品の特性に影響を及ぼすことができるある種の操作を実施するために、ロール（若しくはローラ）及び／又はベルトが多く使用されることは、当技術分野で周知である。本明細書で使用する「ロール（単数若しくは複数）」又は「ローラ（単数若しくは複数）」という用語は、軸線の回りを回転するように構成された概ね円筒形状の装置を指す。そのようなロール又はローラは、通常、加工中の物品又は材料が少なくともある期間それに対して向けられる表面を提供する。連続プロセスにおいては、加工される材料又は物品は、一般にロール回転の一部の間だけロールの表面に対して配置され、次に、ロール表面との接触から取り去られて別の装置又は加工工程へ向けられる。本明細書で使用する「ベルト（単数若しくは複数）」という用語は、所定の経路で移動するように構成された材料の連続バンドを指す。そのようなベルトは、通常、加工される物品又は材料が少なくともある期間それに対して向けられる表面を提供する。連続プロセスにおいては、加工される材料又は物品は、一般にベルト回転の一部の間だけベルトの表面に対して配置され、次に、ベルト表面との接触から取り去られて別の装置又は加工工程へ向けられる（本発明の開示を簡単化し繰返しを減少するために、次の説明は、ロールを使用して装置の動作表面を提供することを一般的に対象としているが、ベルト及び他の装置も使用することができること、及び本発明の装置及び方法がそのような代替案を制限無く包含するように意図されていることを理解されたい）。上記のように、ロールは典型的な製造プロセスの間の多数の目的に対して使用されており、それらには、カレンダー掛け、エンボス加工、加熱、冷却、引張り、方向付け、及び、加工中の材料又は物品に対する接着剤、インク、又は他の物質の適用が含まれるが、これらに限定されない。特定の操作の場合、加工される材料又は物品は、回転の一部の間にロールと接触している時にはある温度範囲に、及び回転の異なる部分の間にロールと接触している時には異なる温度に、到達又は維持されるのが望ましいことがある。あるいは、一つ以上のロールが、回転のある部分の間にある温度範囲に、及び回転の異なる部分の間には別の温度範囲に、加熱又は冷却されるのが望ましいことがある。しかしながら、加工中の材料又はロールそのもののゾーン制御された温度を提供することは、特に高速において、従来技術では達成が非常に困難である。それに応じて、一つ以上のロールを使用して加工される材料及び／又は物品に対し、比較的安価な装置及び方法を使用してそのようなゾーン温度制御を提供できることが発見された。

図１は、本発明による装置及び方法の１つの比較的簡単な実施形態の略図である。図に示すように、ウェブ１５は、ロール、この場合ロール３０の上を通過する。この実施形態では、ウェブ１５は、加工されるにつれて、図の左下側隅から図の右上側隅へ連続的に移動している。

図１に示す実施形態では、ウェブ１５は、ロール３０の表面３２に接触する。（本明細書で使用する「接触している」という句は、２つの表面、材料、又は物品間の直接又は間接的な接触を指すことを理解されたい。したがって、ウェブは、ロールの表面に直接接触している時、並びにロールの表面と直接接触していないが、ロールと直接接触している材料に接触している時に、ロールに接触しているとみなされる。更に、ベルト若しくはロールは、直接接触している場合、又は他の装置と接触しているウェブ若しくは物品に接触している場合に、別のベルト、ロール、又は他の装置に接触しているものとする。）ウェブ１５は、ロール３０の表面３２に接触して置かれた後、ロールの軸線３４回りの回転の一部の間、ロール３０と共に移動する。このように、ウェブ１５は、接触角度１２０で画定されるロール３０の一部の回りを巻いている。ウェブ１５は、ロール３０の表面３２から取り去られる前に、図１に示すように、ロール３０と温度変更装置１２の間を通過する。

図１に示す温度変更装置１２は、表面５２及び６２と軸線５４及び６４とをそれぞれ有する、ロール５０及び６０の回りを連続的に回転するベルト７０を備える。温度変更装置１２は、特定の材料又は物品の製造、変換、又はその他の加工で使用される、ロール３０の表面３２のようなロールの表面に隣接して配置されるのが好ましい。好ましくは、温度変更装置１２のロール５０及び６０は、製造ロール３０の表面３２の円周の少なくとも一部の間は、ベルト７０が製造ロール３０の動作表面３２に接触しているように配置される。図１に示すように、ベルト接触領域Ｃは、装置の正常運転の間に、ベルト７０がロール３０に最初に接触する点Ａと、ベルト７０がロール３０に最後に接触する点Ｂとの間に位置する。接触領域Ｃは、製造ロール３０の軸線３４から点Ａ及びＢそれぞれを通って半径方向に延びる一対の線１００及び１１０の間の角度によっても記述することができる。本発明の装置の１つの効果は、２つの接触ロール間の通常のニップよりも接触領域Ｃを大きくできることである。ある実施形態では、接触領域Ｃは、ロール表面３２の少なくとも５度であるのが好ましい。別の実施形態では、接触領域Ｃは、ロール表面３２の少なくとも１０度とすることができ、又はロール表面３２の少なくとも１５度とすることができる。したがって、本発明の温度変更装置１２においてベルト７０を使用することにより、異なる温度の２つのロールの単なる接触とは対照的に、より有効及び／又は効果的な熱伝達を提供することができる。

接触角１２０、ひいては接触領域Ｃは、ベルト７０を製造ロール３０の軸線３４に向かって又は遠くに移動させることにより、増大又は減少することができる。あるいは、接触角１２０は、ベルト７０を製造ロール３０の表面３２に対して保持するロール５０及び６０の間の距離を調節することにより、増加又は減少することができる。このタイプの調節は、本発明の装置１２を使用して実行することができる温度調節の大きさを増加又は減少するのに有用な１つの方法である。これら及び他の調節手段は、機械の始動時において、温度が平衡に達する時の温度変化を補償するために特に有用であり得る。これらの調節は、ライン速度の意図的な変更を補償するためにも有用であり得る。

ウェブ１５が製造ロール３０とベルト７０の間を通過する時、ベルト７０は、ウェブ１５又は製造ロール３０の表面３２を加熱及び／又は冷却することができる。例えば、製造ロール３０が周囲温度で回転している場合、ベルト７０は、周囲温度より上に加熱できるか、又は周囲温度より低い温度に冷却できるので、ベルト７０が接触領域Ｃを通過する時に、ベルト７０が、ウェブ１５又は製造ロール３０の表面３２を加熱及び／又は冷却する。別の実施形態では、製造ロール３０を、ベルト７０とロール３０の間に温度差を形成するように加熱又は冷却してもよい。ある実施形態では、ベルトの温度とロール３０の表面の温度の間の差は、少なくとも２８℃（５０°Ｆ）か、又は３４℃（６０°Ｆ）より大きくするのが好ましいことがあるが、異なる用途に対しては、別の温度差が望ましいこともある。いずれの場合でも、本発明の方法及び装置は、製造ロール３０の表面の特定域の温度、又は加工中にそのようなロールと接触して置かれる材料の特定域の温度を制御するための有効な手段を提供する。

ベルト７０は、いかなる大きさ、形状にもすることができ、及びベルトが使用される所望の加工工程で好適ないかなる材料で作成することもできる。ある好ましい実施形態では、ベルト７０は、金属、ゴム、高分子樹脂（例えばナイロン）、又は材料の組み合わせで作成することができる。金属ベルトが、その強度及び熱容量のために望ましいことがある。熱特性及びコストを考慮してベルトで使用するのに好適な金属には、例えば、鋼（一般に約０．１２ｃａｌ／ｇ℃の熱容量、すなわち比熱を有する）、アルミニウム（一般に約０．２ｃａｌ／ｇ℃の熱容量を有する）、ステンレス鋼（一般に約０．１０３ｃａｌ／ｇ℃の熱容量を有する）、並びにこれら及び他の金属の合金又はそれらの組み合わせ（一般に約０．１０〜約０．２３ｃａｌ／ｇ℃の範囲の熱容量を有する）がある。あるいは、ベルトは、高熱容量の金属で強化及び／又は充填された高分子化合物で作成してもよい。好適な高熱容量で低コストの無機質充填材には、例えば、アルミナ（約０．２ｃａｌ／ｇ℃の熱容量を有する）、石灰石（約０．２１７ｃａｌ／ｇ℃の熱容量を有する）、シリカ（約０．３１６ｃａｌ／ｇ℃の熱容量を有する）、セッコウ（約０．２５９ｃａｌ／ｇ℃の熱容量を有する）、及び粉体若しくはフィラメントの形態又はそれらの組み合わせの多くの金属又は金属酸化物などがある。ベルトが充填材料を含むある好ましい実施形態では、充填材は、少なくとも０．０９ｃａｌ／ｇ℃の熱容量、すなわち比熱を有することができる。別の実施形態では、充填材の熱容量は、少なくとも０．１５ｃａｌ／ｇ℃、又は少なくとも０．２０ｃａｌ／ｇ℃とすることができる。

ベルト７０は、不透過性か、又は異なる透過性の領域を有する透過性とすることができる。透過性又は半透過性のベルトの１つの利点は、ベルト７０との熱伝達手段として、空気、水、又は他の流体がベルト７０を通過できることである。更に、透過性のベルトは開口部を提供することができ、これを通して真空を供給し、製造中の材料又は物品を製造ロール３０から取り去る助力をすることができる。穿孔した金属ベルト及び金属スクリーンが、一般に、本発明と共に使用するのに好適である。金属スクリーンの利点は、異なる金属で作成された異なるストランドを有して構成できることである。したがって、例えば、機械方向には比較的強いストランドを、機械横方向には比較的高熱容量のストランドを提供するか、又はその逆にするのが望ましいことがある。

ベルト７０は、概ね平らとすることができ、又は何か構造を有してもよい。ベルト７０はまた、製造中の物品又はウェブに幾つかの特性を、例えば三次元構造などを付与するように使用してもよく、あるいは、材料をウェブに添加し又はウェブから除去（例えば、印刷、接着剤添加など）するように使用してもよい。更に、ベルト７０は、いかなる好適な幅であってもよい。したがって、ベルト７０は、製造ロール３０又はウェブ１５と同一幅にすることができ、あるいは、そのいずれよりも広することができるし、又は狭くすることもできる。ベルト７０の幅をウェブ１５又は製造ロール３０より狭くする場合には、望むならば、ベルト７０の加熱又は冷却効果は、ウェブ１５又はロールの一部だけに向けることができる。あるいは、ベルト７０の一部だけを加熱又は冷却して、同様の効果を与えてもよい。更に別の実施形態では、二つ以上のベルトが使用されてもよく、間隔を離すことができ、及び／又は異なる材料で作成することができる。いずれの場合でも、そのような実施形態により、ロール３０又はウェブ１５に対して機械横方向にゾーン加熱又は冷却を提供することができる。あるいは、加熱又は冷却を機械方向で調整のために、ベルト７０は、間欠的に加熱又は冷却してもよく、あるいは、異なる熱エネルギー量を産出又は保持する材料で作成してもよい。このようにして、所望の場合には、間欠的又は連続的なパターンの加熱又は冷却を機械方向及び機械横方向の両方に達成することができる。

製造ロール２０、３０、及び４０、並びにベルトロール５０、及び６０を含むロールは、いかなる大きさにもすることができ、いかなる好適な材料で作成してもよい。多数の既知のプロセス、例えば紙製品、フィルム、及び不織布材料の製造においては、ロールは、寿命を伸ばすために金属で作成することが多い。しかし、ロールは、ゴム、合成ゴム、高分子、プラスチック、木材、セラミック、ガラス、又は所望の特定用途に好適ないずれかの他の材料などの材料で作成してもよく、又はこれら材料をコーティングしてもよい。更に、いずれのロールの表面の全部又は一部も、意図された用途のためにロールを変化させる又は他の方法で何らかの利益を与える材料で被覆又はコーティングしてもよい。例えば、鋼製ロールは、テフロン（登録商標）、シリコーン、ゴム、合成ゴム、又は他の高分子でコーティングして、ロール表面の特性を変化させることが多い。

ロール（単数又は複数）は、中実であっても中空であってもよく、電動機、ベルト、歯車などを含むが、これらに限定されない、いずれか既知の手段で回転されてもよい。ある実施形態では、ロール（単数又は複数）は、そのロールの回転専用の動力源により能動的に回転されず、回転している他のロール又はロール表面の一部と接触しているベルトとの接触により回転される。他の実施形態では、加工中の材料又は物品が、一つ以上のロールを回転させる手段を提供する。ロールのいずれも、内側又は外側から加熱又は冷却することができ、ロール表面は、いずれの所望の形状をもとることができる。幾つかの実施形態では、ロールの表面は滑らかにすることができ、一方、他の実施形態では、少なくとも幾つかのロールの表面は隆起した又は窪んだ領域を有してもよい。ロール表面は、連続的であってもよく、又はいずれか所望の目的のために、それらの表面又は本体中に任意数の開口部又は通路を含んでもよい。したがって、ロール表面は、例えば、完全に又は部分的に、空気が通過可能な多数の開口部を有するスクリーン状であってもよい。更に別の実施形態では、ロールの断面は、円形ではなく、楕円形、多角形、又は任意数の曲線若しくは直線部分を含む不規則形状などのいずれかの好適な形状をとってもよい。

温度変更装置１２はまた、ベルト７０の温度を制御するための手段又は装置を含むことができる。ベルト温度制御装置は、表面又は構造を加熱又は冷却するためのいずれかの既知の手段を使用することができ、それらには、熱交換器、又は、熱空気若しくは冷空気、輻射加熱、摩擦、蒸発、光、磁性、電波、マイクロ波、レーザー光、冷凍、又はこれら並びに他の加熱及び冷却方法の任意の組み合わせを使用する他の加熱若しくは冷却装置が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態では、ロール５０及び／又は６０が加熱又は冷却されて、ベルト７０を加熱又は冷却してもよい。別の実施形態では、図１に示すように、温度変更装置１２は、真空プレナム７５を備えてもよい。真空プレナム７５は、ベルト７０を横切って空気を吸引して、ベルト７０が回転する時に冷却又は加熱する。別の実施形態では、真空プレナム７５は、空気がベルト７０の上を通過する前に更に空気を加熱又は冷却するために、加熱又は冷却要素を含んでもよい。更に、ベルトが空気透過性である時には、真空は、ベルト内の開口部の幾つか又は全てを通して空気を吸引することができる。これによって、より急速な及び／又は均一なベルト７０の加熱又は冷却が可能になる。

温度変更装置１２はまた、ウェブ１５をゆがめることなく、又は他の形でウェブ１５の構造にマイナスの影響を及ぼすことなく、ウェブ１５をロール３０から取り去る助力をして役立つことができる。例えば、温度変更装置１２が通気性のベルト及び真空を含む場合、その装置は、真空がウェブ１５をロール３０から吸引するように構成することができる。これによって、ウェブ１５をロール３０からより穏やかに取り去ることが可能になる。（理論に縛られることは望まないが、真空は、ウェブのより広い領域に力を広げて局所的な応力集中を低減するので、より良好な取り去りが可能になると考えられている。更に、機械方向及びウェブ平面に対して一般に垂直な取り去り力は、そうでなければウェブをロールから剥がすのに必要となる機械方向の力を低減する助けができる。）これは、ウェブ１５が接着剤を塗布されているか、又は他の方法でロール３０に付着し若しくは付着傾向である時に、特に接着剤が冷却若しくは加熱されて粘着性が減少した時に取り去り力が提供される場合に、有用であり得る。更に、ウェブ１５の冷却によって、その強度が強まり、より積極的な取り去り操作が可能になる。ウェブ１５をロール３０から取り去るための他の改良された手段には、静電気、又はコーティング、又はベルト７０とウェブ１５の間に幾分の親和力を提供する材料を含むことができる。いずれの場合でも、ウェブ１５がまだベルト７０と接触している間に、ウェブ１５をロールから取り去ることが望ましい。さもなければ、ウェブ１５が接触領域Ｃを越えて引き続きロール表面に隣接して配置されている時に、ベルト７０の冷却又は他の特性が失われることがある。

本発明の温度変更装置１２を、少なくとも２つのロールの周りを連続的に回転するベルトを備える装置によって説明したが、所望であれば、本装置は異なる要素を含むように改質することができる。例えば、装置１２は、一つ以上のロール５０及び６０に加えて、又はその代わりに、非回転バーを備えてもよい。バーを使用して、ベルト７０を方向付け、及び／又は張力をかけることができる。更に、装置１２は、ベルト７０が垂れないように保持する助けをし、及び／又は製造ロール３０の表面３２などの表面に対してベルト７０を向け、及び／又は調節する助けをするベルト支持体を備えてもよい。本発明の装置１２はまた、特定の運転のために望ましい時には、ベルト張力装置及び／又はベルトトラッキング装置を備えることもできる。本発明の更に別の実施形態では、温度変更装置１２は、ロール以外の製造設備の表面、例えば、平面状及び曲線状の移動及び非移動表面、ベルト、シャフトなどを加熱及び冷却するために使用してもよい。

図３は本発明の代替実施形態を示しており、温度変更装置１１２が、製造ベルト１３０の少なくとも一部に隣接して配置されたベルト１７０を備える。ウェブ１１５がベルト１７０と製造ベルト１３０の間を通過するように示されるが、製造中又は変換中の材料又は物品が、温度変更装置１１２と製造ベルト１３０の間を通過しない実施形態も考慮している。いずれの場合でも、本明細書に記述する他の実施形態と同様に、温度変更装置１１２のベルト１７０は、製造ベルト１３０の表面１３２の少なくとも一部を、通常は、正常運転中のベルト１７０が最初に製造ベルト１３０に接触する点Ａ１とベルト１７０が最後に製造ベルト１３０に接触する点Ｂ１との間に位置する接触領域Ｃ１内で、加熱又は冷却することが好ましい。温度変更装置１１２はまた、本発明の他の実施形態に関して本明細書で記述したもののような、ウェブ１１５を製造ベルト１３０の表面１３２から取り去ることを容易にするための手段を含んでもよい。

（代表的な実施形態）
代表的な一実施形態では、本発明の方法及び装置は、食物及び貯蔵包みのような、ある所定の場所に感圧接着剤の薄い層を含むシート材料を製造する間で使用することができ、本発明の譲受人に共に譲渡された特許群、すなわち、「押し付けた時に対象表面を剥離可能に封止可能な複合材料及び製造方法（Composite Material Releasably Sealable to a Target Surface When Pressed Thereagainst and Method of Making）」という名称のハミルトン（Hamilton）らの米国特許第５，６６２，７５８号、「変形可能な孤立体により保護された物質を有する材料及び製造方法（Material Having A Substance Protected by Deformable Standoffs and Method of Making）」という名称のハミルトンらの米国特許第５，８７１，６０７号、「三次元ネスティング抵抗性シート材料並びにその製造方法及び装置（Three-Dimensional,Nesting-Resistant Sheet Materials and Method and Apparatus for Making Same）」という名称のマクガイア（McGuire）らの米国特許第５，９６５，２３５号、「改良された貯蔵包み材料（Improved Storage Wrap Materials）」という名称のハミルトンらの米国特許第６，１９４，０６２号、「高速エンボス加工及び接着剤印刷方法並びに装置（High Speed Embossing and Adhesive Printing Process and Apparatus）」という名称のマクガイアらの米国特許第６，１９３，９１８号、２００１年１０月２５日に出願された「貯蔵包み材料（Storage Wrap Material）」という名称のハミルトンらの米国特許出願番号１０／００３，９００、及び２００１年１０月２５日に出願された「高速エンボス加工及び接着剤印刷方法並びに装置（High Speed Embossing and Adhesive Printing Process and Apparatus）」という名称のタウサンド（Toussant）らの番号不詳の米国特許出願に詳細に記載されている。

そのような適用については、プロセスの速度及び信頼性を増す助力をするために、本発明の温度変更装置１２を含むことが有利であると判明している。具体的には、以下で更に詳細に説明するように、接着剤がロールによりフィルムに塗布される。本発明の方法及び装置を使用して、接着剤をコーティングしたフィルムをより容易に接着剤塗布ロールから取り去りできるように、接着剤を冷却、固化、及び／又は非活性化する助力をすることができる。

図２は、本発明の温度変更装置１２を含む高速エンボス加工方法及び高速エンボス加工装置１０を概略形態で示す。（この例は、エンボス加工されるウェブによって記述されるが、本発明は、非エンボス加工ウェブに対しても同様に適用可能である。）高速エンボス加工装置１０は、第一のエンボス加工ロール２０及び第二のエンボス加工ロール３０を備える。第一のエンボス加工ロール２０及び第二のエンボス加工ロール３０は、相補的な（すなわち、一致する）エンボス加工パターンを有し、これらが重なり合ってその間を通過する材料ウェブ１５の上にそのパターンをエンボス加工する。ポケット及び隆起ランドを備えるエンボス加工ロールは、一般に雌エンボス加工ロールと呼ばれる。隆起ナブ及び窪みランドを有するエンボス加工ロールは、一般に雄エンボス加工ロールと呼ばれる。第一のエンボス加工ロール２０又は第二のエンボス加工ロール３０のどちらでも、雄又は雌ロールにできることが理解される。非限定的な例として、第一のエンボス加工ロール２０を雌ロールにすると決定した場合には、第二のエンボス加工ロール３０は雄ロールであるべきである。エンボス加工ロールの１つは、その上に配置されたシリコーン系、又はフルオロカーボン系の材料（すなわちＦＥＰ）のような剥離材料を有することが好ましい。剥離材料は、一般に、高剥離特性を有し、エンボス加工した最終製品を第一のエンボス加工ロールから取り外すことを容易にする。

図２に示すように、高速エンボス加工装置１０は、接着剤供給源から計量した量の接着剤４６を第二のエンボス加工ロール３０へ供給する（軸線４４を有する）接着剤塗布ロール４０を更に備えてもよい。接着剤塗布ロール４０の表面４２は、第二のエンボス加工ロール３０の表面３２に順応性であるのが好ましい。あるいは、第二のエンボス加工ロール３０の表面３２が、接着剤塗布ロール４０の表面４２に順応性であってもよい。このことが、エンボス加工ロール３０の全表面に確実に接着剤４６をコーティングする助けとなる。図２を参照してより具体的には、接着剤４６が、スロットダイ４８を経由して、接着剤塗布ロール４０の表面４２の上に押し出される。しかしながら、接着剤４０を接着剤塗布ロール４０に供給する他の方法も使用できることは、当業者にとって既知であろう。接着剤は、接着剤塗布ロール４０に適用されてから、第二のエンボス加工ロール３０の表面３２への接触により転移される。

好ましい一実施形態では、接着剤４６は、第二のエンボス加工ロール３０のランド領域にのみ適用される。このことは、接着剤塗布ロール４０が第二のエンボス加工ロール３０のランドの周りの窪み又はランドの間のポケットの中へ接着剤４６を押し込まないように、第二のエンボス加工ロール３０と接着剤塗布ロール４０の間の相互作用を注意深く制御して達成させることができる。この理由のために、第二のエンボス加工ロール３０と接着剤塗布ロール４０が一致する表面速度を有することが望ましい。第二のエンボス加工ロール３０のランド上にのみ接着剤４０を付着させることにより、エンボス加工して接着剤をコーティングした仕上りウェブ１５内のエンボス加工の非窪み領域上に、接着剤４０が転移することを防ぐ。

典型的な目的だけであるが、接着剤塗布ロール４０は、ゴムコーティングした鋼製ロールとすることができる。接着剤塗布ロール４０と第二のエンボス加工ロール１５の間のニップは、精密ウェッジブロックで機械方向に制御することができる。ゴムコーティングは、第二のエンボス加工ロール３０上のコーティングの損傷を防ぐこと、並びに接着剤塗布ロール４０を第二のエンボス加工ロール３０に対して非常に軽く押し付けて、ゴムの変形が第二のエンボス加工ロール３０及び接着剤塗布ロール４０の実振れを補償することの両方に利用できると考えられている。あるいは、第二のエンボス加工スロール３０が順応特性を示して、接着剤塗布ロール４０が非順応特性を示してもよい。このことが、接着剤４０を第二のエンボス加工ロール３０のランドの上に均一に適用する助けとなり得る。しかしながら、接着剤４６が局所的に有効な方法で提供される限り、第二のエンボス加工ロール３０又は接着剤塗布ロール４０のいずれでも、順応性／非順応性のどちらの配置にもできることは当業者にとって既知であろう。

図２に示すように、ウェブ１５は、（軸線２４を有する）第一のエンボス加工ロール２０の表面２２に接触するように向けられている。あるいは、ウェブ１５は、（軸線３４を有する）第一のエンボス加工ロール３０の表面３２に接触するように向けられている。ウェブ１５は、次に、図２でニップＥとして示す、第一のエンボス加工ロール２０と第二のエンボス加工ロール３０のニップの間でエンボス加工される。エンボス加工されたウェブ１５は、ロール３０がニップＥから接触領域Ｃへ回転する時に、第二のエンボス加工ロール３０の表面３２に付着している。第二のエンボス加工ロール３０の表面３２は、剥離特性を有するのが好ましい。すなわち、第二のエンボス加工ロール３０の表面３２は、ウェブ１５がロール３０から取り去られる時に、接着剤４６がウェブ１５に粘着してロール３０の表面には粘着しないように構成又は処理されている。剥離特性と接着特性は、慎重にバランスをとって、接着と剥離の最良の組み合わせを提供すべきである。典型的な剥離特性は、熱い（通常１２１〜１７７℃（約２５０〜３５０°Ｆ））接着剤を第二のエンボス加工ロール３０に転移でき、しかも、エンボス加工して接着剤をコーティングしたウェブ１５がより低い温度で第二のエンボス加工ロール３０から剥離できるコーティングである。剥離特性が作り出す接着が小さ過ぎる場合、接着剤は、接着剤塗布ロール４０から第二のエンボス加工ロール３０へ転移しない。しかしながら、剥離特性が作り出す接着が大き過ぎる場合は、接着剤をコーティングした最終ウェブ１５は、シート材料ウェブ１５の引裂き、伸張又は他の形での変形無しには、第二のエンボス加工ロール３０の表面３２から取り去ることができないことがある。

代表的な一実施形態では、接着剤塗布ロール４０から第二のエンボス加工ロール３０への接着剤転移を改善するために、エンボス加工ロール３０の表面３２が加熱される。その表面はいかなる所望の温度に加熱されてもよいが、本明細書で記述する実施形態の場合、約１２１℃〜約１７７℃（約２５０°Ｆ〜約３５０°Ｆ）の間の温度でうまくいくことが判明した。輻射、伝導、対流、及びこれらの組み合わせにより熱を作り出す加熱器を含む、当業者に既知のいかなる型の加熱器でも、エンボス加工ロール３０の加熱に使用することができる。一実施形態では、以下で更に詳細に説明するように、本明細書で記述する型の温度変更装置１２を使用して、ロールの表面３２を加熱することができる。接着剤４６が一旦ウェブ１５に塗布されると、接着剤４６と第二のエンボス加工ロール３０の間の界面は、本発明の温度変更装置１２により冷却されて、接着剤をコーティングされたウェブ１５をロール３０からより容易に及びより有効に取り去ることができるのが好ましい。したがって、好ましい実施形態では、ウェブ１５と第二のエンボス加工ロール３０の表面３２との間の界面の温度は、ベルト７０が第二のエンボス加工ロール３０に接触する領域内において、接着剤転移ニップＧにおける接着剤４６と第二のエンボス加工ロール３０の表面３２との間の界面の温度よりも低い。要約して言えば、接着剤を受け取る点である接着剤転移ニップＧと、エンボス加工されて接着剤をコーティングされたウェブ１５が第二のエンボス加工ロール３０から取り去られる点との間で、温度差が存在すべきである。好ましい一実施形態では、接触領域Ｃにおけるウェブ１５とロール３０の表面３２の間の界面は、好ましくは約８２℃（約１８０°Ｆ）未満であり、より好ましくは約６０℃（約１４０°Ｆ）未満又は約３８℃（約１００°Ｆ）未満であることが判明した。別の実施形態では、接触領域Ｃにおいてある範囲内のウェブ１５の温度を得るのが望ましいことがある。例えば、ウェブ１５の温度は、ロールから取り去られる時までに約３８℃（約１００°Ｆ）未満になるのが望ましいことがある。しかしながら、ウェブ１５の的確な温度及び／又は領域それぞれにおける的確な温度並びに望ましい温度差は、使用する接着剤及び／又はフィルムにしたがって変化する。

一代替実施形態では、図４に示すように、本明細書で記述する型の温度変更装置１２Ａは、ウェブ１５がロール３０から取り去られる点Ｂと接着剤が第二のエンボス加工ロール３０に塗布される点Ｇとの間で、第二のエンボス加工ロール３０に隣接して配置することができる。装置１２Ａのベルト７０Ａは、ロール３０の表面３２の温度より上の温度に加熱され、その結果、接着剤４６を接着剤塗布ロール４０から第二のエンボス加工ロール３０へ転移するのに好適な温度まで、ロール３０の表面３２を加熱することができる。そのような実施形態では、接着剤をコーティングされたウェブ１５を第二のエンボス加工ロール３０から点Ｂで取り去るのを容易にするために、本発明の温度変更装置１２によって、又はいずれか他の冷却手段若しくは冷却手段の組み合わせによって、第二のエンボス加工ロール３０を内部から冷却するのが望ましいことがある。

本発明の特定の実施形態及び／又は個々の機構について図示し説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変形及び変更を実施できることが当業者には明白であろう。更に、このような実施形態及び機構の全ての組み合わせが可能であり、またこれにより本発明を好ましく実施できることも明らかである。したがって、添付の請求項は、本発明の範囲内にあるこのようなすべての変形形態及び変更形態を含むことが意図されている。

本発明による装置の一実施形態の略図。 本発明による装置の代替実施形態の略図。 本発明の代替実施形態の略図。 本発明の代替実施形態の略図。

Claims (9)

1. 回転しているロールの温度をゾーン制御するための装置であって、
   第一の温度の表面を有して軸線の回りを回転可能なロールと；
   前記ロールの前記表面の少なくとも一部に隣接して配置されると共に接触領域で前記ロールの前記表面に接触しており、前記第一の温度と異なる第二の温度を有するベルトと；
   前記ベルトを冷却又は加熱するために、冷却空気又は加熱空気を、前記ベルトを横切って吸引する、前記ベルトの少なくとも一部に隣接して配置された真空プレナムと；
   を備え、
   前記真空プレナムが、前記冷却空気又は加熱空気を、前記ベルトを横切って吸引することにより前記ベルトの少なくとも一部の温度変化に有効であり；
   ここで前記ロールが回転する時に、前記接触領域において、前記ベルトが、前記ロールの前記表面の少なくとも一部に温度変化の影響を及ぼす装置。
2. 前記ベルトの温度が、前記ロールの温度よりも低い、請求項１記載の装置。
3. 前記ベルトが、空気透過性である、請求項１記載の装置。
4. 前記ベルトを冷却する手段を備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記真空プレナムが、前記ベルトの少なくとも一部の上に空気を通過させることにより前記ベルトを冷却する、請求項１記載の装置。
6. 前記接触領域が、前記ロールの軸線から、前記ベルトが前記ロールに最初に接触する点及び前記ベルトが前記ロールに最後に接触する点のそれぞれを通って半径方向に延びる一対の線の間の角度で示され、前記接触領域が、前記ロール表面の少なくとも１０度である、請求項１記載の装置。
7. 前記ロールが、第一の幅を有し、前記ベルトが、前記第一の幅よりも狭い第二の幅を有する、請求項１記載の装置。
8. 前記ベルトが、鋼、鋼の合金、アルミニウム、アルミニウムの合金、ステンレス鋼又はステンレス鋼の合金の内の一つ以上を含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記ベルトが、充填材を含み、前記充填材が、アルミナ、石灰石、シリカ、セッコウ、金属又は金属酸化物の内の一つ以上を粉体又はフィラメントの形態で包含する、請求項１記載の装置。

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