JP5166019B2 - ウェブ屈曲装置および方法 - Google Patents

Description

本開示内容は、ウェブの取扱い、特にウェブを屈曲させて、永久歪みを起こすことに関する。

ウェブ取扱い操作において、多層ウェブには湾曲が存在することが多い。湾曲は、ウェブに外力がないときに、略平坦または平面配向から湾曲するウェブの傾向と定義される。多層ウェブシステムにおいては、湾曲は、一緒にラミネートされるウェブの歪みと慎重に合わせることにより制御できる。直接コートされる製品においては、かかる歪み合わせはかなり複雑である。

湾曲は、入ってくるウェブの歪みと慎重に合わせることによりラミネート多層ウェブにおいて制御することができる。湾曲は、直接コート製品においては制御するのが難しく、バッキングが高張力および高温におかれるときはとりわけであり、コーティングは略ゼロの歪みで硬化するが、結果として大きな歪みとなる。張力、温度および硬化収縮から起きた歪みが層間で合わない場合には、最終製品は平坦とならない。

屈曲は、研磨剤を製造するプロセスに用いるプロセスである。屈曲は、研磨物品のメイク−ミネラル−サイズコーティングを破損させる。このプロセスによって、研磨製品は可撓性となり、湾曲する傾向が減じる。小径に研磨剤の（未コートの）裏側をスライドさせたり、または小さな回転バーを用いて研磨剤をゴムローラに押し付けるのは一般的な屈曲技術である。これらの技術は、製品が研磨剤側に湾曲する傾向がある一般的な場合において、非常に良好に機能する。これらの技術は、製品損傷およびツール摩耗のために、接触側にコートされた研磨剤と共に用いることはできない。

ポリマーの付いた研磨製品は、直接コートすると、バッキング側に向かって湾曲する傾向がある。最大硬化収縮およびバッキングモジュラスと共に最低線張力および硬化温度は、湾曲の問題を最小にするのに役立ち得るが、制限がある。かかる最適化でも許容されない製品の湾曲となる場合には、過剰の引張り歪みをバッキングから取り除く必要がある。これは、熱応力緩和、またはバッキングを機械的に降伏させることにより行うことができる。バッキングを対象物の小径の外側に曲げてバッキングの降伏点に応力をかけると、バッキングに永久伸びが生じる。

本発明の一態様は、ウェブを屈曲させるシステムに関する。本システムは、第1のウェブ取扱いアセンブリと、第２のウェブ取扱いアセンブリとを有するウェブ取扱い装置を含む。第１と第２のウェブ取扱いアセンブリとの間にギャップが配置されている。本システムはまた、ウェブが通過するウェブ経路を含む。ウェブ経路は、第１のウェブ取扱いアセンブリに沿った第１の部分と、ギャップの第２の部分と、第２のウェブ取扱いアセンブリに沿った第３の部分とを含む。第２の部分は、半径を有する円弧セグメントを含む。本システムはまた、円弧セグメントの半径を制御する手段も含む。

本発明の一態様は、機械方向に、制御された歪みを、不定の長さのウェブに付与するシステムに関する。本システムは、その間にギャップを備えた一対の共回転部材と、ウェブが共回転部材間のギャップにあるときウェブに半径を形成する手段とを含む。ある実施形態において、半径を形成する手段は、一対のローラアセンブリである。ある実施形態において、半径を形成する手段は、一対のベルトアセンブリである。

本発明の一態様は、ウェブに塑性変形を起こす方法に関する。本方法は、第１の部分、第２の部分および第３の部分を含むウェブ経路を作製する工程を含み、第１の部分は第１の回転部材に沿って通過し、第２の部分は有効半径を有する円弧部分を含み、第３の部分は第２の回転部材を通過する。第１および第２の部材は共回転部材である。ウェブはウェブ経路を通過する。塑性歪みは、ウェブが円弧部分を通過するときにウェブに起きる。

添付の図面を参照して本開示内容をさらに説明する。いくつかの図面中、同じ構造は同じ数字で参照されている。

例示的な実施形態の以下の説明において、その一部を形成する添付の図面と例示のために示した本開示内容を実施する例示的な実施形態を参照する。他の実施形態を用いたり、構造上または論理的な変更を本開示内容の範囲から逸脱することなく行えるものと考えられる。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味ではとられず、本開示内容の範囲は添付の特許請求の範囲により定義される。

本開示内容は、ウェブから湾曲を取り除くのに用いることのできる、ウェブに屈曲を起こすシステムおよび方法に関する。あるいは、本システムを用いるとまた、ウェブに所定の湾曲を付与することもできる。本システムおよび方法は、単層または多層のウェブに用いることができる。本システムは、その間にギャップを有する第１および第２の回転アセンブリを含む。第１および第２のアセンブリは共回転する。すなわち、回転方向が同じである。または、対向するベルトアセンブリの場合には、対向するベルトアセンブリが、直線移動の対向する方向である。２つの部材が共回転する結果、そのそれぞれの回転表面の部分を近接配置すると、表面の相対的な直線運動は逆方向となる。例えば、第１および第２のアセンブリは時計回りの方向に一緒に回転し、近接配置された表面は、移動の対向方向を有している。

一般的に、第１および第２の回転アセンブリは、同じ種類であり、例えば、両方ともローラアセンブリまたはベルトアセンブリである。本開示内容を読むと、当業者であれば、他の回転アセンブリをローラまたはベルトアセンブリの代わりに用いることができるということが分かるであろう。

ローラは、所望のギャップをその間に作製するよう近接配置される。ギャップを通して第１のアセンブリの一部、次に第２のアセンブリを通過するウェブ経路を作製する。ウェブ経路を通過するウェブは、ギャップに円弧部分を含む。ウェブの円弧部分を所定の半径まで制御する。所定の半径を選択して、ウェブに設定歪みを付与する。所定の半径は、後述する通り、経時により変化する。

図１に、ウェブを屈曲させて、ウェブに永久歪みを起こすシステム１００の例示的な実施形態を示す。システム１００は、第１の回転アセンブリ１１０と第２の回転アセンブリ１２０とを含む。図示した例示的な実施形態において、第１および第２の回転アセンブリ１１０、１２０は、ローラアセンブリ１１１、１２１である。各ローラアセンブリ１１１、１２１は、ローラ１１２、１２２と、ローラを支持する手段（ローラベアリングに接続されたフレーム（図示せず）など）とを含む。各ローラは、後述する制御システム１５０により駆動および制御される。ローラを近接配置するとギャップＧが作製される。通常、ギャップＧは、第１および第２のローラが互いに最も近い位置で画定される。

ローラアセンブリ１１１、１２１は共回転する。すなわち、各ローラの固定軸に対して同じ方向Ａ、Ａ’に回転する。ウェブ経路Ｗがシステム１００により形成される。ウェブ経路Ｗは、第１のローラ１１２を通過する第１の部分Ｗ１と、ギャップＧを通過する第２の部分Ｗ２と、第２のローラ１２２を通過する第３の部分Ｗ３とを含む。ウェブ経路Ｗの第２の部分を制御して、円弧部分１２５を形成する。ウェブ１３０を第２の部分Ｗ２に通過させることにより、ウェブが屈曲し、ウェブの機械方向、すなわち、ウェブが動く方向に沿った方向に歪みが起きうる。ウェブに起きた歪みの量は、円弧部分１２５の曲げ半径Ｒの関数である。ウェブをその塑性変形点、一般に大抵の材料について約２％を超えて屈曲させることにより、永久歪みをウェブの屈曲部分に付与することができる。

ウェブを屈曲させるために、ウェブを２つの共回転部材およびギャップに通過させる。一般的に、ウェブは、例えば、静電ピンニングワイヤ（図１ａの１４０）、空気圧または真空、接着剤、または例えば、フック・アンド・ループファスナーのような係合部材といった保持手段により共回転部材に対して保持される。保持手段を用いることによって、各共回転部材のウェブの出入り点Ｔ、Ｔ’を制御することができる。ウェブをギャップから動かす傾向、同じ方向に回転するローラにより生じるかかる傾向も防止する。ウェブを共回転部材に対して保持するのに用いることのできる保持手段の一例としては、ペンシルバニア州ハットフィールドのＳＩＭＣＯインダストリアルスタティックコントロール（ＳＩＭＣＯ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｈａｔｆｉｅｌｄ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）よりテトリス（ＴＥＴＲＩＳ）という商品名で入手可能な充填バーがある。

通常、ウェブは、第１の共回転部材周囲を動き、ギャップ近傍のＴ点で剥がれる。ウェブは、小径Ｒ（円弧部分１２５で）で折れ曲がり、第２の共回転部材のＴ’点で再付着する。説明した例示的な実施形態において、円弧部分１２５の位置は、円弧部分１２５の位置を感知し、２つの回転部材の相対速度を制御する閉ループ制御システム１５０で固定する。

ウェブの半径Ｒのサイズは、ギャップのサイズおよびウェブがギャップに延びる、またはギャップを通る距離を制御することにより変えることができる。例示的な一実施形態において、ウェブ半径Ｒは、センサ１６０を用いて、ギャップＧの円弧部分１２５の位置（固定ギャップ寸法）を感知することにより制御できる。円弧部分１２５の曲率（半径）は、円弧部分１２５がギャップへ延びる距離、材料の厚さおよびウェブがローラと接触しなくなる接線点Ｔ、Ｔ’に応じて異なるためである。円弧部分１２５のウェブ曲率の関係がいったん決まると、センサ１６０を用いて、ギャップＧにあるウェブの円弧部分１２５の位置が測定される。センサ１６０は、プログラマブル・コントローラなどのローラを制御する手段に信号を送って、システムの操作を調整して、円弧部分１２５を位置付けして所望の曲率を得ることができる。例えば、円弧部分１２５がギャップＧへ動きすぎてしまったことをセンサが検出すると、ローラの相対速度を調整して、ギャップＧに円弧部分１２５を適切に再配置させることができる。１つの方法は、第１のローラに対して第２のローラの速度を増大させることであり、円弧部分１２５をギャップＧに動かす傾向がある。あるいは、円弧部分１２５が所望の通り再配置されるまで、第１のローラの速度を第２のローラの速度に対して減じることができる。本開示内容を読むと、ペーシングロール（ｐａｃｉｎｇ ｒｏｌｌ）と従動ロールを用いる等、ギャップＧのウェブの円弧部分を適切に配置する他の手段は当業者には明白であろう。

上述した例示的な実施形態により、ウェブから湾曲を取り除いたり／ウェブに湾曲を付与することができる。本システムは、印刷プレスなどのウェブ取扱いプロセス機と一体化させたり、または製品から湾曲を取り除く／製品に湾曲を付与する別個の操作として用いることができる。湾曲の量を制御するために、ウェブは上述した通りウェブ経路に沿って配置される。ウェブが動くときに円弧部分の位置を感知することにより円弧部分を制御し、ローラの相対速度を制御することにより補正を行って所望の通り位置を調整する。一般的に、円弧部分は、図１および２に示す通り、ギャップの最も狭い点を通って延びているのが好ましい。しかしながら、円弧部分は、ウェブ経路Ｖにより示される、回転部材が互いに最も近い点まではあまりギャップへと延びず、その点に入らないのが望ましい。回転アセンブリがローラのとき、円弧部分のサイズは、ギャップへ向かって延びる、またはギャップに入る円弧部分の量およびギャップサイズに影響されやすい。この感度が、後述するように、ギャップサイズの唯一の関数である。

図２に、ウェブを屈曲させて、ウェブに永久歪みを起こすシステム２００の例示的な実施形態を示す。システム２００は、第１の回転アセンブリ２１０と第２の回転アセンブリ２２０とを含む。図示した例示的な実施形態において、第１および第２の回転アセンブリ２１０、２２０はベルトアセンブリ２１１、２２１である。各ベルトアセンブリ２１１、２２１は、駆動ベルト２１２、２２２と、ベルトを支持する手段（図示しないローラ２１４、２１５に接続されたフレームなど）とを含む。各ベルト２１２、２２２は、後述する制御システム２５０により駆動および制御される。

ベルトアセンブリ２１２、２２２は共回転する。すなわち、固定軸Ｆ２、Ｆ２’に対して同じ方向Ｂ、Ｂ’に回転する。ウェブ経路Ｗ’がシステム２００により形成される。ウェブ経路Ｗ’は、第１のベルト２１２を通過する第１の部分Ｗ１’と、ギャップＧを通過する第２の部分Ｗ２’と、第２のベルト２２２を通過する第３の部分Ｗ３’とを含む。ウェブ経路Ｗ’の第２の部分Ｗ２’を制御して、円弧部分２２５を形成する。ウェブ２３０を円弧部分Ｗ２’に通過させることにより、ウェブ２３０が屈曲し、ウェブの機械方向、すなわち、ウェブが動く方向に沿った方向に歪みが起きる。

ウェブの円弧部分２２５がギャップＧを形成する第１と第２のベルトの各端部間に配置されている限りは、円弧部分２２５の曲率が唯一のギャップＧのサイズの関数である。ベルトが各平坦部分に沿って実質的に平行である限りは、ウェブ２３０が第１のベルト２１２を出て、第２のベルト２２２と再結合する接線Ｔ２が、第１と第２のベルト２１２、２２２の端部間で一定であるためである。このように、システムを操作しながら円弧部分２２５を形成すると、システムは、ギャップＧのウェブ２３０の円弧部分２２５の位置を検出するセンサなしでシステムを運転することができる。しかしながら、一般的に、ギャップＧのウェブ２３０の円弧部分２２５の位置がややずれるため、ギャップＧ内に配置された円弧部分２２５を保つため、円弧部分の位置を検出するセンサがあるのが一般的である。かかるセンサは、ローラを用いた例示的な実施形態に必要なセンサに必要とされるよりも感度が低くてよい。

上述したシステム１００、２００は、独立したシステムとして用いることができ、ウェブを処理する機械と一体化することもできる。かかる一体化によって、コーティング、変換または印刷あるいはこれらの組み合わせといったウェブに成される他の修正に加えて、ウェブから湾曲を取り除いたり、またはウェブに湾曲を付与することができる。

本発明の利点は、ウェブ取扱いアセンブリと接触しないウェブ表面と接触させることなく、ウェブを屈曲させることができるということである。例えば、多くの研磨製品が直接コーティングにより作製される。直接コーティングにおいて、バッキングは、高張力および高温におかれる結果、大きな歪みが起きる。バッキングのコーティングには、通常、歪みがゼロに達する、無視できる程度の歪みがある。バッキングに起きた歪みが除去されないと、得られるコート研磨製品は湾曲する。

湾曲は、ウェブ形態にある直接コート製品を上述のシステムに通過させることにより取り除く、または減少させることができる。ウェブ経路は、ウェブのコート側がウェブ取扱いアセンブリの表面と接触しないように作製することができる。ウェブは、円弧部分を有するウェブ経路を通過する。ウェブのコート側は、ローラまたはベルトと接触しないため、ウェブのコート側が接触により損傷する可能性が減じる。また、コート側は、システムの表面と接触しないため、摩耗量が減少またはなくなる。

円弧部分のサイズ（または曲率）は、ウェブに起きる歪みの量を制限する。円弧部分は、ウェブ材料が弾性点をちょうど超えて歪みを起こし、起きた歪みが確実に永久歪みとなるようなサイズとする。半径の特定のサイズは、材料特性および材料の厚さ（または多層ウェブ）などの多くの因子に応じて異なる。ウェブを屈曲させて永久歪みを作製しなければならない半径の決定は、当業者の技術と知識内である。ウェブが塑性変形を受ける降伏応力は、マサチューセッツ州カントンのインストロン社（ＩＮＳ（登録商標）ＴＲＯＮ Ｃｏ．，Ｃａｎｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）より入手可能なメカニカルテスター型番４５０４を用いて行えるようなルーチンの試験により求めることができる。

本発明の利点は、機械方向のウェブ内の位置の関数として変化する湾曲をウェブに付与できるということである。本明細書に記載したシステムは、ダウンウェブ位置の関数として可変の湾曲を備えたウェブを製造するプロセスに用いることができる。これは、時間の関数としてサイズが変わる、機械方向位置の関数として屈曲ループ直径（円弧部分のサイズ）を制御することによりなされる。このタイプの処理によって、後述する自己湾曲マーカなどの製品を高速ウェブラインで作製することができる。例えば、上述したシステムは、かかる自己湾曲マーカを作製する印刷プレスと一体化させることができる。

図３に、マーキングおよび記録のための物品３００の例示的な実施形態を示す。物品は材料のシート３１０を含み、それは、シート３１０に取り付けられた、取り外し可能な湾曲マーカ３２０、およびシート３１０に印刷／記録されたマーカ情報３３０を有している。シート３１０の設計によって、取り外して、例えば、ワイヤやケーブルのようなマークされる品目から取り除き、かつその品目に配置することのできる湾曲マーカ３２０用の構成、永久記録保持、キャリア基材が提供される。個々のマーカ３２１は、例えば、文字、数字、これらの組み合わせなどのシンボルといった独特の識別子を有している。マーカ３２１をマークされる品目に取り付けると、マークされた品目の記述子を、その適切な識別子３２２の隣のシート３１０に記録することができる。湾曲マーカ３２１はまた、各マークされた品目に各マーカを固定するための接着剤を含むこともできる。

上述した物品は、上述した例示的なシステムを用いて作製することができる。一般的に、物品は、平坦（平面）部分と湾曲部分とを有するシートを含む。かかる物品を製造する１つの方法は、ウェブへの繰り返しパターンのカスタム予備印刷である。予備印刷ウェブは、識別子シンボルと、マーカを取り付ける品目の説明を記録する場所とを備えた取り外し可能なマーカを含む。シートには、個々のマーカをシートから容易に取り外すことができるよう穿孔を含めることができる。図４および５を参照すると、各マーカ４２１、５２１は、識別子シンボルを含む略平坦な端部４２３、５２３と、狭い湾曲、一般的には筒を形成するラベルの外側部分４２４、５２４を有している。筒は、湾曲したウェブを少なくとも１回完全に包んでいるのが好ましい。平面端部を担持または固定し、ワイヤを湾曲させてから、端部のみがマークされる品目周囲で包まれるまで筒を引っ張って巻き戻すことにより、マーカをワイヤ周囲に配置させることができる。説明したプロセスに続いて、マーカを緩めると、マーカはワイヤ周囲で自身に巻き付く。

上述したマーキング用物品は、交互に狭い湾曲／湾曲のない部分をウェブに作製することにより、ウェブに形成することができる。これは、印刷プレスのようなウェブラインで行うことができる。あるいは、予備印刷ウェブで別個の装置を用いて、湾曲／湾曲のない部分の交互の部分をウェブに付与することができる。印刷およびウェブに歪みを付与して、湾曲部分を形成した後、ウェブをマーキング用の個々の物品へ変換することができる。

説明した屈曲システムを印刷プレスで用いる場合には、穿孔プロセスを、当業者に知られた通常のやり方でセットアップすることができる。本明細書に記載したウェブを屈曲させるプロセスは、穿孔プロセスの上流または下流でセットアップすることができる。このプロセスは、ここに開示したベルトやローラの例示的な実施形態などの２つの間隔の狭い回転アセンブリからなる。回転アセンブリは、静電ピンニング、真空、メカニカルファスナまたは接着剤などのウェブを保持する手段を有する。いくつかある手段のうち１つを用いて、円弧部分の半径を制御することができる。まず、１つのロールを定速に保持し、他のローラの速度を調整することができる。これによって、狭いループを形成するために、ループが２本のローラの中心に向かって引っ張られて、ウェブの円弧部分となる。ローラの速度を変更すると、直径の大きなループ、従って平らなウェブを作製することができる。同じ小さなループ／大きなループサイクルは、ループ位置を一定に保持し、ローラのギャップを調整することにより定速で行うことができる。

本開示内容をいくつかの実施形態により説明してきた。上述の詳細な説明および例はあくまでも理解のために示されている。不必要に限定はされないものとする。本開示内容の範囲から逸脱することなく上述の実施形態において様々な変更を行えることは当業者には明白であろう。このように、本開示内容の範囲は、本明細書に記載した詳細そのものおよび構造に限定されるものではなく、特許請求の範囲の文言により記載された構造そしてその等価物によってのみ限定されるものである。

本開示内容によるシステムの例示的な実施形態の斜視図である。 図１のシステムの拡大断面図である。 本開示内容によるシステムの他の例示的な実施形態の斜視図である。 図２のシステムの拡大断面図である。 本開示内容によるウェブを屈曲させるシステムで作製された物品の例示的な実施形態の平面図である。 本開示内容によるウェブを屈曲させるシステムで作製された物品の他の例示的な実施形態の斜視図である。 本開示内容によるウェブを屈曲させるシステムで作製された物品の他の例示的な実施形態の斜視図である。 応力−歪み曲線である。

Claims (1)

1. 第１の側と第２の側とを有する不定の長さのウェブに塑性変形を起こす方法であって、
   第１の部分と第２の部分と第３の部分とを有するウェブ経路を形成する工程を有し、
   前記第１の部分は第１の回転部材により少なくとも部分的に画成され、前記第２の部分は第２の回転部材により少なくとも部分的に画成され、前記第３の部分は前記第１の回転部材と前記第２の回転部材との間に画成され、前記第１の回転部材および前記第２の回転部材が共回転部材であり、
   更に、前記ウェブ経路に前記ウェブを通過させる工程であって、前記ウェブ経路の前記第１の部分と前記第２の部分と前記第３の部分とにおいて、前記ウェブ経路に沿った前記ウェブの前記第２の側の接触がないという前記ウェブ経路に前記ウェブを通過させる工程と、
   前記ウェブが前記ウェブ経路の前記第３の部分を通過するときに前記ウェブに塑性歪みを起こす工程であって、前記第３の部分は有効半径を有する円弧部分を前記ウェブに形成するという工程と、
   前記ウェブ経路の前記第３の部分における前記円弧部分の位置に基づく信号を生成する工程と、
   前記ウェブが前記ウェブ経路を移動している間、前記信号に基づいて前記有効半径を制御する工程と、を有し、
   前記ウェブ経路を形成する工程は、第１のベルトアセンブリに沿って通過する前記第１の部分を形成する工程と、第２のベルトアセンブリに沿って通過する前記第２の部分を形成する工程と、をさらに有する、方法。

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