JP6118604B2 - ミシン目加工装置、およびこれを用いたミシン目付きフィルムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルムを貫通したミシン目を形成するミシン目加工装置、およびこれを用いたミシン目付きフィルムの製造方法に関する。

フィルムの切断や包装袋の開封を容易にするための一手法として、切断部と非切断部とが交互に設けられたミシン目が用いられている。
例えば、特許文献１には、記録用紙に対してのこぎり刃を上下させることにより、ミシン目を形成する装置が記載されている。
また、特許文献２には、穿孔時にシート類のテンションを大きくすることを避けるため、ロール軸方向に対して斜めにミシン目刃が設けられた穿孔ロールにより、シート類に幅方向のミシン目を穿孔することが記載されている。

特開平９−２２１５３号公報 特開平５−４２４９８号公報

製品の大型化のため、あるいは生産効率の向上のため（例えば、製品寸法は変わらなくても多面取りの数を増やす等）、従来より幅の広いフィルムを用いることが求められている。しかしながら、従来のフィルム幅（例えば６００〜７００ｍｍ程度）に比べて、幅の広いフィルムの幅方向にミシン目加工を行うと、ミシン目の形成が不完全となることがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、幅の広いフィルムであっても、ミシン目をより確実に形成することが可能なミシン目加工装置、およびこれを用いたミシン目付きフィルムの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、フィルムの長手方向に交差する方向に延在する複数の刃先が前記フィルムを貫通してミシン目を形成するミシン刃と、前記ミシン刃を前記フィルムに対して周期的に往復駆動する駆動装置とを備え、前記ミシン刃が前記フィルムに切り込む際には、前記ミシン刃の一端側が前記ミシン刃の他端側よりも先に前記フィルムに接触し、前記フィルムに切り込んだ後に前記ミシン刃の全体が前記フィルムから離れる際には、前記ミシン刃の一端側が前記ミシン刃の他端側よりも先に前記フィルムから離れ、前記ミシン刃を往復駆動する方向に垂直で前記ミシン刃の一端側の刃先を通る平面と、前記ミシン刃を往復駆動する方向に垂直で前記ミシン刃の他端側の刃先を通る平面との距離を、前記ミシン刃の高低差と定義するとき、前記ミシン刃の一端側が前記ミシン刃の他端側よりも先に前記フィルムに接触する際には、前記ミシン刃の高低差が徐々に減少し、その後、前記ミシン刃の高低差が徐々に増大しながら、前記ミシン刃の全体が前記フィルムから離れることを特徴とするミシン目加工装置を提供する。
前記駆動装置は、前記ミシン刃の一端側の位置を制御する第１のクランクと、前記ミシン刃の他端側の位置を制御する第２のクランクを備え、前記第１のクランクと前記第２のクランクが同一の回転速度で回転することが好ましい。
前記ミシン刃が前記フィルムに接触している間は前記フィルムの移送を停止し、前記ミシン刃が前記フィルムに接触していないときに前記フィルムを移送することが好ましい。
前記ミシン刃の中央部の刃先が、前記ミシン刃の一端側の刃先と前記ミシン刃の他端側の刃先を通る直線よりも突出していることが好ましい。
また、本発明は、前記ミシン目加工装置を用いてフィルムにミシン目を形成することを特徴とするミシン目付きフィルムの製造方法を提供する。

前記ミシン刃の一端側の刃先が前記フィルムを貫通して最も奥に到達したときにおける前記ミシン刃の高低差が、前記ミシン刃の往復するストロークの０．０３〜０．２５倍であり、前記ミシン刃の他端側の刃先が前記フィルムを貫通して最も奥に到達したときにおける前記ミシン刃の高低差が、前記ミシン刃の往復するストロークの０．０３〜０．２５倍であることが好ましい。
前記駆動装置が前記第１のクランクと前記第２のクランクを備える場合、前記第１のクランクと前記第２のクランクが２０〜６０°の位相差を有することが好ましい。

本発明によれば、一端側から他端側まで刃先が順次フィルムを貫通し、ミシン目を形成するので、幅の広いフィルムであっても、ミシン目をより確実に形成することができる。

本発明のミシン目加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。 ミシン刃の一例を示す平面図である。 ミシン刃がフィルムから離れている状態の一例を示す正面図である。 ミシン刃の一端側がフィルムに接触した状態の一例を示す正面図である。 ミシン刃の他端側がフィルムから離れる状態の一例を示す正面図である。 本発明のミシン目加工装置の一例を示す全体図である。 ３０°の位相差を設けたときのミシン刃の一端側および他端側の刃先の変位を説明するグラフである。 ４０°の位相差を設けたときのミシン刃の一端側および他端側の刃先の変位を説明するグラフである。 ミシン刃の取付板の形状の一例を示す正面図である。

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に示すミシン目加工装置１０は、フィルム１の長手方向に交差する方向に延在するミシン目２を形成するミシン刃１１と、このミシン刃１１をフィルム１に対して周期的に往復駆動する駆動装置１３を備える。

ミシン刃１１のフィルム１に対向する片側には、図２に拡大して示すように、複数の刃先１２が溝部１１ｕと交互に形成されている。刃先１２は、フィルム１を貫通してミシン目を１つずつ形成する切断部（カット部）であり、溝部１１ｕは非切断部（アンカット部）である。図示例の場合、ミシン刃を構成するそれぞれの刃（切断部）が平面視で略長方形とされている。刃の形状は、特に限定されないが、平面形状については長方形、正方形、三角形、台形など、断面形状については両刃、片刃、２段刃などが挙げられる。

フィルムにミシン目のような貫通部（穴）を形成する方法としては、貫通部の材料を除去する打抜きと、貫通部の材料を除去しない切り込みとがある。切り込みはカスが出にくいため、好ましい。ミシン刃１１として、図６に示すように、帯状の刃の反対側をベニヤ板や樹脂板、金属板等のダイボード１５に埋め込んで固定したトムソン刃を用いることもできる。トムソン刃を駆動装置に取り付けるため、ダイボード１５は、駆動装置側に設けられた取付板１６に対して、ネジ等で取り付け可能である。
なおミシン刃としては、トムソン刃以外にも、金属基材と一体に加工パターン（ミシン目）に対応する刃を形成した刃型、例えばピナクル（登録商標）刃、エッチング刃、彫刻刃などを用いることができる。

ミシン刃１１に対向して当て板１７を設けることができる。当て板１７にはベニヤ板、樹脂板、ゴム板、金属板等を用いることができる。カスの発生を抑制するためには、金属板が好ましい。フィルム１はミシン刃１１と当て板１７の間に通される。フィルム１にミシン目を切り込む際、フィルム１がミシン刃１１から逃げないように、ミシン刃１１の刃先が当て板１７に当たるまで加圧される。ミシン刃１１の損傷を抑制するため、図６に示すように、下敷き２０として、樹脂フィルム等の柔軟なシートをフィルム１と当て板１７の間に設けてもよい。下敷き２０はミシン刃１１の当たる位置が毎回変わるように繰出し部２１から巻取り部２２に向けて、搬送装置２３で搬送される。また、ダイボード１５には、ミシン刃１１と平行にミシン刃よりも高さのあるスポンジ１８を取り付けると、フィルム１からミシン刃１１を抜くときにフィルム１をスポンジ１８で押さえながら抜くことができるので好ましい。

駆動装置１３は、図１に示すように、ミシン刃１１の一端１１ａ側の位置を制御する第１のクランク１３ａと、ミシン刃１１の他端１１ｂ側の位置を制御する第２のクランク１３ｂを備える。これらのクランク１３ａ，１３ｂは、駆動軸１４により同心状に連結されており、同一の回転速度で回転することができる。クランク１３ａ，１３ｂのディスク形状は、図ではクランク半径と同じ半径を有する円形の部分のみを示しているが、より大きい円形や、四角形などの任意の形状を採用できる。
図３〜５に示すように、ミシン刃１１と平行に設けられたバー１３ｅの両端が、クランク１３ａ，１３ｂに追従して動作するコンロッド１３ｃ，１３ｄにより上下移動する。図では具体的な構成を省略しているが、例えば、移動方向が上下方向に案内されたスライダ（図示せず）をコンロッド１３ｃ，１３ｄの上端に設け、バー１３ｅの両端がそれぞれスライダと連結されてもよい。バー１３ｅには、ミシン刃の取付板１６を固定することができる。

このミシン目加工装置１０では、ミシン刃１１がフィルム１に切り込む際には、ミシン刃１１の一端１１ａ側がミシン刃１１の他端１１ｂ側よりも先にフィルム１に接触し、かつ、フィルム１に切り込んだ後にミシン刃１１の全体がフィルム１から離れる際には、ミシン刃１１の一端１１ａ側がミシン刃１１の他端１１ｂ側よりも先にフィルム１から離れるように、ミシン刃１１が駆動される。
本形態の場合、第１のクランク１３ａと第２のクランク１３ｂが所定の位相差（回転角の差）を有することにより、第１のクランク１３ａで制御されるミシン刃１１の一端１１ａ側が、第２のクランク１３ｂで制御されるミシン刃１１の他端１１ｂ側よりも先に動作する。位相差は、例えば４０°程度、２０〜６０°程度が好ましい。

図７に、クランク１３ａ，１３ｂ間に３０°の位相差を設けたときの上下動の様子を示す。また、図８に、クランク１３ａ，１３ｂ間に４０°の位相差を設けたときの上下動の様子を示す。いずれの場合にも、回転するクランクに連結されたコンロッドの長さがクランク半径に比べて十分長いとき、ミシン刃の各端は、ほぼ正弦曲線に従って変位する。図７および図８では、ミシン刃の各端が最も高い位置（上死点）にある時に縦軸の値が＋０．５となり、ミシン刃の各端が最も低い位置（下死点）にある時に縦軸の値が−０．５となるように、縦軸の範囲を定めている。ＤＳ（駆動側）はミシン刃１１の他端１１ｂ側に相当し、ＯＳ（操作側）はミシン刃１１の一端１１ａ側に相当する。実際には、コンロッドの長さがクランク半径の数倍程度であることから、変位を表す曲線は正弦曲線から少しずれる。

また、クランク１３ａ，１３ｂ間に４０°の位相差を設けたときの上下動の様子として、ＤＳ回転角が０°のときを図３に示し、ＤＳ回転角が１４０°のときを図４に示し、ＤＳ回転角が１８０°のときを図５に示す。
図３では、ミシン刃１１がフィルム１から離れているが、若干、一端１１ａ側がフィルム１の近くに位置している。
図４では、ＯＳ回転角が１８０°となり、第１のクランク１３ａが下死点に到達する。この時期では、ミシン刃１１の一端１１ａ側がフィルム１に接触して切り込みが始まるが、ミシン刃１１の他端１１ｂ側は、まだフィルム１に接触していない。
図５では、ＤＳ回転角が１８０°となり、第２のクランク１３ｂが下死点に到達する。この時期では、ミシン刃１１の他端１１ｂ側がフィルム１に接触して切り込みが始まり、ミシン刃１１の一端１１ａ側は、フィルム１から離れ始める。

図３に示すように、ミシン刃１１を往復駆動する方向に垂直でミシン刃１１の一端１１ａ側の刃先を通る平面Ｐと、ミシン刃１１を往復駆動する方向に垂直でミシン刃１１の他端１１ｂ側の刃先を通る平面Ｑに対し、平面Ｐと平面Ｑとの距離を、ミシン刃１１の高低差Ｈと定義すると、図４でも、図５でも、ミシン刃１１はある程度の高低差を有する。しかし、その間でミシン刃１１の高低差となるのではなく、第１のクランク１３ａが下死点に到達した時点と、第２のクランク１３ｂが下死点に到達した時点との間で、ＯＳ及びＤＳの変位（高さ）がほぼ等しく、ミシン刃１１の高低差が０となるときがある。図７および図８の場合、ＤＳ回転角が１６０〜１７０°程度のときに、ＯＳ及びＤＳの変位（高さ）がほぼ等しく、ミシン刃１１の高低差が０となる。
図４の時点およびその前後において、ミシン刃１１の一端１１ａ側がミシン刃１１の他端１１ｂ側よりも先にフィルム１に接触する際には、ミシン刃１１の高低差が徐々に減少する。その後、ミシン刃１１の高低差が徐々に増大しながら、図５の時点またはその前後において、ミシン刃１１の一端１１ａ側に遅れて、ミシン刃１１の他端１１ｂ側がフィルム１から離れる。つまり、そのとき、ミシン刃１１の全体がフィルム１から離れる。
高低差Ｈについて他端１１ｂ側よりも一端１１ａ側がフィルム１により近い状態を正、一端１１ａ側よりも他端１１ｂ側がフィルム１により近い状態を負となるように符号をつけた場合は、図４から図５の間では、おおむね、正の高低差から徐々に減少して０を経て負の高低差を有するようになる。

しかし、ミシン刃１１の高低差が減少しているときのミシン刃１１の変位は、クランクが下死点に到達したときの変位に比べて少し高いことから、フィルム１に切り込む深さが少し浅くなる。図９に示すように、ミシン刃１１の長手方向の中央部１１ｃが突出するように、取付板１６の厚さに分布を設けることが好ましい。ダイボード１５を取付板１６に沿って湾曲させることができれば、ダイボード１５の厚さを均一にしてよい。ミシン刃１１の両端１１ａ，１１ｂに対するミシン刃１１の長手方向の中央部１１ｃの突出量Ｃは、例えばミシン刃１１の全長（１ｍ以上）に対して１ｍｍ以下が例示できる。
なお、中央部１１ｃを突出させるには、取付板１６の厚さに分布を設ける他にも、中央部が突出したミシン刃を作製したり、ダイボードの厚さに分布を設けたり、種々の方法が適用可能である。

ミシン刃１１の一端１１ａ側の刃先がフィルム１を貫通して最も奥に到達したとき（図４のように第１のクランク１３ａが下死点に到達したとき）におけるミシン刃１１の高低差は、ミシン刃１１の往復するストロークの０．０３〜０．２５倍程度が好ましい。同様に、ミシン刃１１の他端１１ｂ側の刃先がフィルム１を貫通して最も奥に到達したとき（図５のように第２のクランク１３ｂが下死点に到達したとき）におけるミシン刃１１の高低差が、ミシン刃１１の往復するストロークの０．０３〜０．２５倍程度が好ましい。
なお、クランクの変位を正弦曲線で近似したとき、一つのクランクが下死点に到達したときにおけるミシン刃の高低差Ｈｏは、クランク間の位相差（回転角の差）をα、クランクのストロークをＳとして、Ｈｏ＝（Ｓ／２）×（１−ｃｏｓα）で表される。これより、Ｈｏ／Ｓ＝（１−ｃｏｓα）／２であることから、α＝±２０°ではＨｏ／Ｓ≒０．０３０、α＝±２５°ではＨｏ／Ｓ≒０．０４７、α＝±３０°ではＨｏ／Ｓ≒０．０６７、α＝±３５°ではＨｏ／Ｓ≒０．０９０、α＝±４０°ではＨｏ／Ｓ≒０．１１７、α＝±４５°ではＨｏ／Ｓ≒０．１４６、α＝±５０°ではＨｏ／Ｓ≒０．１７９、α＝±５５°ではＨｏ／Ｓ≒０．２１３、α＝±６０°ではＨｏ／Ｓ≒０．２５と算出される。

長尺のフィルムに対して、長手方向に間隔を設けてミシン目を繰り返し形成するため、図６に示すように、フィルム１を繰出しロール３から繰り出して移送し、ミシン目加工装置１０に供給することが好ましい。また、停止状態のフィルムに対してミシン目加工を行うため、ミシン刃１１がフィルム１に接触している間はフィルム１の移送を停止し、ミシン刃１１がフィルム１に接触していないときにフィルム１を移送することが好ましい。例えば、制御器７によりフィルム１の搬送手段とミシン目加工装置１０の運転タイミングを制御して、フィルム１の搬送を一定の周期で間欠的に行うことが好ましい。フィルム１の搬送手段は、例えば一対の回転する搬送ローラ６，６でフィルム１を挟んで移送する構成が挙げられる。搬送手段は搬送ローラに限定されるものでなく、例えば、フィルムの幅方向に複数のゴムなどの挟持部材を配置した挟持バーを上下に一対で配置し、この一対の挟持バーでフィルムを挟持して下流方向にフィルムを移動させる搬送手段など、種々の構成を採用することができる。

図６では、ミシン目加工装置１０を用いてミシン目を形成したミシン目付きフィルムは、繰出しロール３とは別に設けた巻取りロール５に巻き取っている。フィルム１を間欠的に搬送しても繰出しロール３とミシン目加工装置１０との間でフィルム１がたるまないように、ダンサ４を設けることが好ましい。ダンサは、ミシン目加工装置１０と巻取りロール５との間にも設けることができる。

加工後のミシン目付きフィルムは、他のフィルムとのラミネートや、コーティング、金属や無機化合物（例えばシリカやアルミナ等のセラミック）の蒸着、成形、製袋などに用いることができる。包装袋の易開封手段としてミシン目を用いるときは、内容物がミシン目から漏れないよう、包装袋の壁材における中間層や表層にミシン目付きフィルムを用いることが好ましい。

ミシン目加工されるフィルムは、特に限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン―酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）等のポリオレフィン樹脂等の樹脂フィルムや樹脂シート、さらには紙や金属箔等が挙げられる。ミシン目加工されるフィルムの厚さは、例えば単層で１〜１００μｍ程度でもよく、それ以上の厚さとすることもできる。
下敷き２０とするフィルムは、ミシン目加工されるフィルム１より厚さの大きいフィルムであってもよい。
フィルムやその加工品等の用途が医薬品や精密機械などの包装、保護、処理等である場合、塵埃（空気中の微粒子等）の極めて少ないクリーンな環境で加工を行うことが好ましい。本発明は、このような用途にも適用可能である。

以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
上記実施形態では、ＯＳ（操作側）のクランクの位相をＤＳ（駆動側）のクランクの位相より早くしたが、これとは反対に、ＯＳ（操作側）のクランクの位相をＤＳ（駆動側）のクランクの位相より遅くしても同様の効果を奏する。
ミシン刃の一端側の位置を制御する第１のクランクと、ミシン刃の他端側の位置を制御する第２のクランクは、同一の駆動軸に連結すると、等速駆動が容易で駆動機（モータ）も共通化できる利点がある。２つのクランクを別々のモータにより駆動してもよい。

ミシン目の一端側と他端側をそれぞれ往復駆動する機構は、クランク機構に限られるものではなく、ボールねじ、油圧シリンダー、ラック・アンド・ピニオン等が挙げられる。高速動作の観点からは、クランク機構が好ましい。
図１のフィルムは、略水平に配置して搬送しているが、これに限定されるものではなく、フィルムを傾斜させて搬送したり、フィルムを垂直（上から下、あるいは下から上）に搬送したりすることも可能である。ミシン刃を往復駆動する方向は、フィルムの搬送方向に対して垂直（直角）であることが好ましい。

１…フィルム。２…ミシン目、１０…ミシン目加工装置、１１…ミシン刃、１２…刃先、１３…駆動装置、１３ａ…第１のクランク、１３ｂ…第２のクランク。

Claims (5)

1. フィルムの長手方向に交差する方向に延在する複数の刃先が前記フィルムを貫通してミシン目を形成するミシン刃と、前記ミシン刃を前記フィルムに対して周期的に往復駆動する駆動装置とを備え、
   前記ミシン刃が前記フィルムに切り込む際には、前記ミシン刃の一端側が前記ミシン刃の他端側よりも先に前記フィルムに接触し、
   前記フィルムに切り込んだ後に前記ミシン刃の全体が前記フィルムから離れる際には、前記ミシン刃の一端側が前記ミシン刃の他端側よりも先に前記フィルムから離れ、
   前記ミシン刃を往復駆動する方向に垂直で前記ミシン刃の一端側の刃先を通る平面と、前記ミシン刃を往復駆動する方向に垂直で前記ミシン刃の他端側の刃先を通る平面との距離を、前記ミシン刃の高低差と定義するとき、
   前記ミシン刃の一端側が前記ミシン刃の他端側よりも先に前記フィルムに接触する際には、前記ミシン刃の高低差が徐々に減少し、その後、前記ミシン刃の高低差が徐々に増大しながら、前記ミシン刃の全体が前記フィルムから離れることを特徴とするミシン目加工装置。
2. 前記駆動装置は、前記ミシン刃の一端側の位置を制御する第１のクランクと、前記ミシン刃の他端側の位置を制御する第２のクランクを備え、前記第１のクランクと前記第２のクランクが同一の回転速度で回転することを特徴とする請求項１に記載のミシン目加工装置。
3. 前記ミシン刃が前記フィルムに接触している間は前記フィルムの移送を停止し、前記ミシン刃が前記フィルムに接触していないときに前記フィルムを移送することを特徴とする請求項１または２に記載のミシン目加工装置。
4. 前記ミシン刃の中央部の刃先が、前記ミシン刃の一端側の刃先と前記ミシン刃の他端側の刃先を通る直線よりも突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミシン目加工装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のミシン目加工装置を用いてフィルムにミシン目を形成することを特徴とするミシン目付きフィルムの製造方法。

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