JP5209078B2 - 芯なしロールの巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、芯なしロールの巻取装置に関する。さらに詳しくは、キッチンペーパーロールやタオルペーパーロール、クッキングペーパーロールその他の薄用紙ロールを得るため大径の原反ロールから小径の小巻きロールに巻芯なしで巻き取り、しかも高速で巻き取って巻芯なしロール製品とするための芯なしロールの巻取装置に関する。

芯なしロールの巻取装置に関する従来技術としては、特許文献１、２がある。これらは、いずれも製造工程では原反ロールから長尺の原反シートを繰り出し、巻芯に巻き付けて小巻きするものである。
たとえば、特許文献１の装置は、トイレットペーパーロール、キッチンペーパーロール、タオルペーパーロール等の清浄化用途の薄葉紙ロール製品に好適な、芯無しシートロールの製造装置であって、巻き取り機構は、巻軸に巻き取ったシートロールを巻軸とともに、シートロール表面に接する駆動ロールにより回転駆動するものであり、所定巻き数まで巻き取りを行うことによって、シートロールが完成する。なお、ロールの巻き始め端部に芯となる接着部分を作るため、最初の巻き始めの後で、いったん停止し、再度巻取りを再開するという複雑な工程を踏んでいる。

特許文献２の装置は、無芯のトイレットペーパーロールの製造装置であって、原反ロールから繰り出される原紙の端末を、駆動源により回転する巻取シャフトに係止させると共に接着液を散布して、原紙の端末を巻取シャフトに接着して原紙を巻き取り、所定長の原紙を巻き終えた後、巻取シャフトを抜き去るようにしたものである。

しかるに、上記特許文献１，２の巻取り技術では、巻軸の利用を必須とする関係上、つぎのような問題がある。
（１）巻始めに巻軸をセットし、シートを巻き付かせるのに時間がかかる。
（２）巻終りに、巻取りロールから巻軸を抜き取る必要がある。
（３）これらが原因となって、１本のロールの巻取りに時間がかかる。つまり、高速巻取りは不可能である。

上記従来技術によると、生産効率は、最大で１分間に１６本位である。
しかるに、もっと生産効率を上げると、製品価格を低減できるので、芯なしロールの普及を促進することができる。

特開２００１−２６１２０３号公報 特開平９−１２４１９３号公報

本発明は上記事情に鑑み、従来技術よりも、はるかに生産効率を高くできる芯なしロールの巻取装置を提供することを目的とする。

第１発明の芯なしロールの巻取装置は、帯状のシートを芯なしロールに巻き取っていく巻取装置であって、前記シートを走行させる送り込み機構と、走行しているシートを巻き取る巻込み機構とからなり、該巻込み機構は、走行中のシートを受止めて丸めていく湾曲したガイド部を有しており、該ガイド部は、シートが送り込まれるべき入側が開放しており奥側が閉じられて湾曲した形状のガイド部が形成された第１巻込みガイドと、シートが送り込まれるべき入側にシートを湾曲させるガイド部が形成され、巻き上げられたロールを送り出すべき出側が開放された形状の第２巻込みガイドとからなり、前記第１巻込みガイドは、入側と奥側が交替的に変位可能であることを特徴とする。
第２発明の芯なしロールの巻取装置は、第１発明において、前記第１巻込みガイドが、回転軸で支持された円形のガイド板に、３カ所のガイド部が円周方向等間隔に形成されたものであることを特徴とする。
第３発明の芯なしロールの巻取装置は、第２発明において、前記巻込み機構に、補助ロールが付設されており、該補助ロールは、前記巻込み機構のガイド部内で巻き上げられたロールに回転加速度を与えるロールであることを特徴とする。
第４発明の芯なしロールの巻取装置は、第１発明において、前記巻込み機構には、排出機構が付設されており、該排出機構は、送りコンベアと排出板とからなり、前記送りコンベアは、巻上げられた小巻ロールの上面に接触して小巻ロールを排出方向に回転させるものであり、前記排出板は排出方向に転動するロールを下から支えて案内するものであり、前記送りコンベアの下面と前記排出板は、排出方向に転動する小巻ロールを少し圧縮して転動させる間隔をもって配置されていることを特徴とする。
第５発明の芯なしロールの巻取装置は、第１発明において、前記送り込み機構が、送りコンベアと支承板とからなり、前記送りコンベアは、シートを前記巻込み機構に送り込む方向に配置されており、前記支承板は送り込まれるシートを下から支え、該シートを前記送りコンベアに接触させる接圧調整具を備えていることを特徴とする。

第１発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）送り込み装置によりシートに速度を与えて巻込み機構のガイド部に送り込むと、シートは湾曲したガイド部に接して丸められていく。このとき、シートの先行部分が巻き込まれるにつれて、後行部分が、先行部分の外側に巻き付けられる。この動きは、シートの送り込みが行われている間続くので、最終的にはシートがロール状に巻き取られた形になる。
ｂ）このように、シートがガイド部の内側で、外側から内側に巻太るようにして巻き取りされるので、巻軸を用いる必要がない。このため、巻軸を巻始めにセットする手間も、巻終りに巻軸を抜き取る手間も必要としないので、１本のロールを巻き取るのに要する時間が短くてすみ、高速巻取りが可能となる。
ｃ）第１ガイドの奥側のガイド部と第２ガイドの入側のガイド部とで、円周の大部分が囲まれるので、送り込まれたシートが必ず円筒形に巻き取られる。このため芯なしロールの巻取りが確実に行える。そして、第１ガイドの入側と奥側を交替するように変位させると、出側が開放された空間となるので、巻き上がったロールを排出することができる。このように、第１ガイドの変位によってシートの送り込みとロールの排出が行えるので、巻取り完了後に別のロールの巻取り開始が迅速に行える。
第２発明によれば、第１ガイドが回転軸を中心に回転することにより、３個あるガイド部のうちの一のガイド部を順次使用位置にもたらすことができ、同時にロールの巻取りを終えたガイド部における入側と奥側を交替させてロールの排出を可能とすることができる。これらの動作を、動作時間の早い回転で行わせるので、高速巻取りが可能となる。
第３発明によれば、第１ガイドの回転による入側と奥側の交替にタイミングを合わせて、送りロールで巻き上がったロールの回転数を上げると、ロールは第１ガイドの排出側に向いた開放空間から排出されていく。この動きは、第１ガイドの回転と、回転させている送りロールの接触のみによって行えるので、排出動作が迅速に行える。
第４発明によれば、送りコンベアの下面がロールに接触することによって、ロールを転動させて排出させると共に、排出板との間で少し圧縮するので、ロールの巻き戻しが生じないようにしながら排出できる。
第５発明によれば、接圧調整具により支承板上のシートを送りコンベアに適切な接触圧で接触させると、送りコンベアに必要なグリップ力が発生し、巻き取りに必要な速度でシートを巻込みガイドで送り込むことができる。

本発明の一実施形態に係る巻取装置の側面図である。 図１の巻取装置の平面図である。 図２におけるガイド板２、支承板５、排出板９を示す平面図と側面図である。 （Ａ）は第１巻込みガイド６の側面図、（Ｂ）は第２巻込みガイド７の側面図、（Ｃ）は補助ロール８の側面図、（Ｄ）はこれらを組合せた状態の平面図である。 （Ｉ）は芯なしロールの巻き始め工程の説明図、(II）は巻取り工程の説明図である。 （III）は巻取り完了直後のけり出し工程の説明図、（IV）は排出工程の説明図である。 本発明に係る巻取装置Ａと原反ロールＬＲを示す概略説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の巻取装置は、クッキングペーパーやキッチンペーパーを巻芯としての紙管を用いないで芯なしロールに巻き取る装置であり、また直径が１５ｍｍ〜１００ｍｍ位の小巻きロールに巻き取る装置である。この巻取直径の下限値付近は、公知のラッピングフィルムロールと同等の小径であるが、上限値付近の直径は、３〜４倍位の大きさであり、このような中径規模のロール製品の巻取りに本発明は適用されるものである。

巻取り対象のロール用紙としては、耐熱性を与える等の目的からシリコンをコーティングしたクッキングペーパーを含むが、シリコンを含有することから、滑り性も有するシートには、特に好適な巻取装置である。
なお、シリコンを含有するクッキングペーパーは、料亭などの会食の席で個人用膳の調理具として用いられるものであり、クッキングペーパーを鍋状に成形して、その中に食材を置いて小型コンロで加熱料理する等の用途に用いられている。
以下では、クッキングペーパー等の材料を単にシートという。

図７に基づき、本発明の巻取装置Ａが用いられる巻取設備の全体構成を説明しておく。
同図において、Ａは本発明の巻取装置であり、ＬＲはシートＳの原反ロールである。原反ロールＬＲは、直径が1000ｍｍ以上、重量が200kg以上の大径のものが代表的であるが、より小径でも、より大径でも用いることができる。
原反ロールＬＲを回転させ、あるいはこれに加えてピンチロール５１を回転させて、シートＳを繰り出すと、アキュムレータ５２を経てニップロール１に至る。ニップロール１ではシートＳに高速送りをかけ本発明の巻取装置Ａに供給する。なお原反ロールＬＲとニップロール１との間の適所には、外観検査機等が配置されることがあるが、これらの配置は任意である。

ニップロール１と巻取装置Ａとの間にはカッター３が配置されるが、このカッター３は高速走行するシートＳを幅方向に瞬時に切断するものである。本発明の巻取装置Ａは、このような全体設備のなかで使用されるが、周辺設備は図示のものに限られない。

つぎに、上記巻取装置Ａの一実施形態を、図１および図２に基づき説明する。
同図に示すように、本実施形態の巻取装置Ａの入側には、既述のニップロール１とカッター３が配置されている。ニップロール１は一対のロール１ａ，１ｂからなり、１ｃは回転駆動源であるモータである。このニップロール１により、既述のごとくシートＳを挟んで高速で送りをかけることができる。ニップロール１の出側には、走行するシートＳをガイドするガイド板２が配置されている。ガイド板２の長さは任意であり、シートＳの種類やカッター３の機構に合わせて選択すればよい。

送り込み機構は、送りコンベア４と支承板５から構成されている。この送りコンベア４と支承板５は、ニップロール１から高速で送られてきたシートＳを巻込み機構に送り込む機構である。送りコンベア４と支承板５によりシートＳに加える送り速度は既述のニップロール１の送り速度よりやや高速であり、シートＳに適度な張力をかけ、前記カッター３によるシート切断を確実に行えるようにしている。

送りコンベア４は、一対のローラ４ａ，４ｂと、これに巻き掛けられたベルト４ｃからなる。図２に示すように、ローラ４ａ，４ｂは機械幅に匹敵する長さを有しているが、ベルト４ｃは細幅のもので、間隔をあけて複数本が巻き掛けられている。各ベルト４ｃ、４ｃ間の空間は、後述する第１巻込みガイド６や第２巻込みガイド７、補助ロール８が配置されるスペースである。
ベルト４ｃは、ゴムなど摩擦性の高い材料を用いたものがシートＳを高速で送り込めるので好ましい。

送りコンベヤ４の入側の下面には支承板５が配置されている。この支承板５は、高速で走行しているシートＳを下から支えるための板材であり、適度に撓むものが好ましい。配置位置は、前記送りコンベア４の入側ローラ４ａの下面から後述する第１、第２巻込みガイド６、７に至るまでの間である。
この支承板５の下面には、接圧調整具５ａが付設されている。接圧調整具５ａは、たとえばネジなどを用いて支承板５を上下動させ、送りコンベア４の下面との間の間隔を調整できるものであればよい。
接圧調整具５ａによって支承板５を適度に撓ませると、シートＳの送りコンベア４に対する接触圧が大きくなって送りコンベヤ４のグリップ力が増し、シートＳを巻込み機構に高速で送り込むことができる。

つぎに、巻込み機構を説明する。巻込み機構は、第１巻込みガイド６と第２巻込みガイド７からなる。これらの第１巻込みガイド６と第２巻込みガイド７は、前記支承板５の下流側端部付近に設けられている。
第１巻込みガイド６は、回転軸６ａに支持された円形のガイド板６ｂに、３ヵ所のガイド部６ｇが円周方向等間隔に形成されたものである。図２に示すように、回転軸６ａは１本であるが、ガイド板６ｂは複数枚が間隔をあけて取付けられている。

また、回転軸６ａには、モータ６ｄがベルト等の伝達機構を介して連結されていて、120°づつ間欠的に回転するようになっている。このため、モータ６ｄで回転軸６ａを120°づつ回転させると、３ヵ所のガイド部６ｇが次々と巻取り位置に位置することになる。このモータ６ｄとしては、回転角の制御が容易なステッピングモータやサーボモータが好ましい。なお、回転駆動源としては、これらのモータに限らずエアーシリンダにリンクを組合せて、回転軸６ａを間欠回転させるようにしたものでもよい。

第２巻込みガイド７は、複数枚のガイド板７ａから構成されており、後述する排出板９の先端部に形成されている。
図３に示すように、排出板９の先端部には、細幅のガイド板７ａが複数本並んで形成されている。つまり、ガイド板７ａはくし歯状に並んでいる。そして、各ガイド板７ａの先端部はほぼ半円となるように湾曲している。この湾曲部分が第２巻込みガイド７のガイド部７ｇである。

図４に基づき、上記巻込み機構の詳細を更に説明する。
同図（Ａ）に示すように、第１巻込みガイド６は、円形のガイド板６ｂに切欠きを形成して３ヵ所のガイド部６ｇを形成したものである。
各ガイド部６ｇは、シートＳが送り込まれる方向、つまり入側（図中左側）が開放しており、奥側が閉じるように湾曲している。このように半円状に湾曲した部分がガイド部６ｇで、シートＳが巻取られる。なお、その巻取り原理は後述する。また、ガイド部６ｇに連なる入側の直線部６ｃはシートＳの導入を案内する部分でもあり、巻き上ったロールを排出するけり出し部分でもある。半円状のガイド部６ｇは、巻き取るべきロールの外径に合わせたもので、たとえば内径ｒ（半径）が１５〜１００ｍｍとなっている。

第１巻込みガイド６は、既述のごとく回転軸を中心に回転し、モータ等により120°づつ間欠的に回転する。
このため一つのガイド部６ｇがロールを巻き取った後、120°回転させると、巻き上った巻上りロールを直線部６ｃで送り出すと共に、つぎのガイド部６ｇが新たなシートＳを受入れて巻取りを行うことができる。なお、この動作の詳細も後述する。

図４（Ｂ）に示すように、第２巻込みガイド７の各ガイド板７ａは、シートＳが送り込まれる入側（図中左側）にガイド部７ｇとして形成され、出側（図中右側）が開放された形状である。このガイド部７ｇは角度θにして、150°〜180°位の範囲で湾曲しており、この湾曲半径は、巻き取るべきロールの外径に合わせたもので、たとえば、内径（半径）が１５〜５０ｍｍとなっている。
すなわち、第１巻込みガイド６のガイド部６ｇと第２巻込みガイド７のガイド部７ｇとでほぼ全周に近い部分を円形に取り囲んだ巻取り空間を形成している。

図４（Ｃ）は補助ロール８を示している。
この補助ロール８は回転軸８ａに取付けられたもので、ロール体８ｂの外周には、ゴム等の高摩擦体８ｃが巻き付けられている。この高摩擦体は、巻き上った小巻ロールＳＲに接触して、巻込みを補助するために用いられている。

この補助ロール８は、図２に示すように、回転軸８ａに複数個が取付けられており、回転軸８ａは送りコンベア用のモータからプーリ・ベルト伝達機構を介して動力を受けている。なお、専用モータを用いてもよい。また、補助ロール８はリンク機構等を用いて、図５の（Ｉ）、（II）に示すように、第２巻込みガイド７の内側に沿う位置と、そこから更に内側に入った位置との間で移動でき、かつ連続的に位置を変更できるようになっている。

図４（Ｄ）に示すように、第１巻込みガイド６と第２巻込みガイド７と補助ロール８は、それぞれ平面視で細幅の部材であり、互いに隣接して配置されている。図では、第２巻込みガイド７、第１巻込みガイド６、補助ロール８の順で隣り合っているが、この順は任意であり、他の配列も可能である。そして、１組３点のセットが、送りコンベア４の隣り合うベルト４ｃ，４ｃの間のスペースに配置されている。
また、図２に示すように、送りコンベア４と第１巻込みガイド６と第２巻込みガイド７と補助ロール８からなるセットが、複数個設けられていることにより、幅広のシートＳを均等な形に巻き取ることができるようになっている。

図１に示すように、前記送りコンベア４は、第１巻込みガイド６より下流側へ延びている。また、排出板９も同様に下流側へ延びている。この送りコンベア４と排出板９で、特許請求の範囲にいう排出機構が構成されている。
本実施形態において、送りコンベア４は、送り込み機構のコンベアと兼用したが、専用のコンベアを用いてもよい。
送りコンベア４は、巻き上って排出される小巻ロールＳＲに上面から接触して排出方向に回転させるものであり、排出板９は小巻ロールＳＲに下面から接触して排出方向に転動させるものである。
そして、送りコンベア４の下面と排出板９との間の間隔は、巻き上った小巻ロールＳＲを少し圧縮できる間隔とされている。こうすることにより、小巻ロールＳＲの転動時にシートの巻き戻しが生じないようにすることができる。

つぎに、本実施形態の巻取装置による巻取り動作を説明する。
（巻き始め工程）
図５（Ｉ）に示すように、ニップロール１で挟まれたシートＳが、所定の高速度で送りコンベア４と支承板５の間に送り込まれ、送りコンベア４で更に高速に加速される。ニップロール１の送り速度は、たとえば250m/minであったとすると、送りコンベヤ４で加速された速度はたとえば300
m/minであるが、これより早くても遅くてもよい。もちろん、送り速度が速いほど、小巻ロールＳＲの生産能率は向上する。

上記のように加速されたシートＳは第１巻込みガイド６のガイド部６ｇに送り込まれる。このとき補助ロール８は第２巻込みガイド７のガイド面より内側に入り込んでいる。そして、ガイド部６ｇの湾曲したガイド面に沿って丸められたシートＳは補助ロール８の回転に助けられて更に丸まっていく。また、シートＳは後から後から連続して送り込まれるので、シートＳは巻取り空間内で何度も回転していく。このため、シートＳは外側から内側に向けて巻き太っていく。

（巻込み工程）
上記の巻き取り動作が継続している間は、図５（II）に示すように、補助ロール８は徐々に位置を下げていく。すると、シートＳは第１巻込みガイド６の湾曲したガイド部６ｇと第２巻込みガイド７の湾曲したガイド部７ｇで案内されて、さらに巻込み動作を継続する。このようにして、シートＳが与えられた速度エネルギーがガイド部６ｇ、７ｇでシート自身が丸まる運動に変換されるのが、本発明の巻取り原理である。
この巻取り原理では、シートＳとガイド部６ｇ、７ｇとの交換抵抗は小さいほど良いので、シリコンを含有することによって滑り性の高くなっているクッキングペーパーは、とりわけ高速巻取りに適している。

（シートＳの切断）
そして、小巻きロールＳＲの巻取り量が規定値に達して巻取り完了すると、図６（III）に示すように、カッター３でシートＳを切断する。なお、送りコンベア４は、シートＳを切断した後も送り動作を継続している。

（払い出し工程）
図６（III）に示すように、シートＳの切断後に第１巻込みガイド６が回転すると、第１巻取ガイド６の直線部６ｃが巻き上った小巻きロールＳＲを押し出して払い出す。

（排出と巻き始め）
図６（IV）に示すように、第１巻込みガイド６が120°回転して巻上った小巻きロールＳＲを排出した後は、その小巻きロールＳＲは送りコンベア４と排出板９に挟まれて、送り出されるが、その間、小巻ロールＳＲは送りコンベア４と排出板９の間に挟まれているので、外周部分のシートの巻き戻しが生ずることなく、排出される。
そして、同時に第１巻込みガイド６の新たに巻込み位置にもたらされたガイド部６ｇで次の巻取りが始まる。すなわち、ニップロール１（図５（Ｉ）参照）がシートＳの先端を送り出し、そのシートＳの先端を送りコンベア４と支承板５でつかまえて、第１巻込みガイド６に送り込む。ここから後の動作は既述した（Ｉ）〜（IV）を繰り返す。

以上の巻込み動作により、本発明の巻取装置Ａでは、シートＳを高速で巻き取ることができる。本発明では巻軸を用いず巻き取るので、後で巻軸を抜き取る必要がない。また製品ロール自身に巻芯部を形成しないので糊付け等の手間も必要がない。これらの理由により高速巻取りが可能であり、高い生産性を達成することができる。
またガイド部（ガイド部６ｇとガイド部７ｇ）により案内されてシートＳ自体が丸まるように回転していくので巻軸のような質量の大きいものを回転させたり停止させたりする必要がない。質量の小さいシートＳを高速でガイド部に送り込むだけで慣性により巻き取れるので、この点からも高速巻取りが可能となっている。

（他の実施形態）
本発明の巻取り装置は、上記実施形態以外の構造であっても、ガイド部にシートＳ自体をまるめて巻き取るものであれば、本発明に含まれる。

１ ニップロール
３ カッター
４ 送りコンベア
５ 支承板
６ 第１巻込みガイド
７ 第２巻込みガイド
８ 補助ロール
９ 排出板

Claims (5)

1. 帯状のシートを芯なしロールに巻き取っていく巻取装置であって、
   前記シートを走行させる送り込み機構と、走行しているシートを巻き取る巻込み機構とからなり、
   該巻込み機構は、走行中のシートを受止めて丸めていく湾曲したガイド部を有しており、
   該ガイド部は、シートが送り込まれるべき入側が開放しており奥側が閉じられて湾曲した形状のガイド部が形成された第１巻込みガイドと、
   シートが送り込まれるべき入側にシートを湾曲させるガイド部が形成され、巻き上げられたロールを送り出すべき出側が開放された形状の第２巻込みガイドとからなり、
   前記第１巻込みガイドは、入側と奥側が交替的に変位可能である
   ことを特徴とする芯なしロールの巻取装置。
2. 前記第１巻込みガイドが、回転軸で支持された円形のガイド板に、３カ所のガイド部が円周方向等間隔に形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１記載の芯なしロールの巻取装置。
3. 前記巻込み機構に、補助ロールが付設されており、
   該補助ロールは、前記巻込み機構のガイド部内で巻き上げられたロールに回転加速度を与えるロールである
   ことを特徴とする請求項２記載の芯なしロールの巻取装置。
4. 前記巻込み機構には、排出機構が付設されており、
   該排出機構は、送りコンベアと排出板とからなり、前記送りコンベアは、巻上げられた小巻ロールの上面に接触して小巻ロールを排出方向に回転させるものであり、前記排出板は排出方向に転動するロールを下から支えて案内するものであり、
   前記送りコンベアの下面と前記排出板は、排出方向に転動する小巻ロールを少し圧縮して転動させる間隔をもって配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の芯なしロールの巻取装置。
5. 前記送り込み機構が、
   送りコンベアと支承板とからなり、
   前記送りコンベアは、シートを前記巻込み機構に送り込む方向に配置されており、
   前記支承板は送り込まれるシートを下から支え、該シートを前記送りコンベアに接触させる接圧調整具を備えている
   ことを特徴とする請求項１記載の芯なしロールの巻取装置。

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