JP6127653B2 - 薄膜シートの切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜シートの切断装置に関する。

ポリエチレンやポリプロピレンなどを原材料とした薄膜シートの成形工程において、薄膜シートの切断は欠かせないが、特定方向に伸びたり裂けたりするため、はさみやカッターでは摩耗やゴミの影響により、寸法精度が悪かったり切断面がきたなくなってしまう。

こうした薄膜シートを切断する方法として特許文献１が知られている。特許文献１では、切断刃もしくは超音波カッターを切断方向にスライドして切断する方法が示されている。

しかしながら、この方法では、切断方向に垂直な方向に裂けやすい薄膜シートの場合、ゴミの付着や刃の摩耗や超音波の振動の影響で、切断方向と垂直な方向に裂けてしまう。

特許文献１のような刃物による不具合を解消する方法として特許文献２や特許文献３の様な溶断が知られている。特許文献２では、抵抗発熱体からなる切断手段により薄膜シートに押し当てることにより薄膜シートを溶断する。また、特許文献３では、熱線カッターまたは超音波カッターを移動させて切断する。

特許第３７９４６３２号公報 特開２０１１−３３８１号公報 特開平９−２０２５１６号公報

しかしながら、特許文献２の方法の場合、抵抗発熱体を薄膜シートに押し付けて切断するため、抵抗発熱体からの熱を薄膜シートが受けやすく、薄膜シートの切断面は収縮して切断寸法精度が悪化したり、切断面に凹凸ができたりする。

また、特許文献３の方法の場合、熱線カッターを移動させて切断するが、切断により熱エネルギーを奪われたり、前工程や後工程における一時的なトラブルなどによる停止、いわゆるチョコ停が生じたり、不良品排出などにより切断サイクルが乱れたりする場合、熱線カッターの温度が一定にならないため、薄膜シートの切断温度が一定とならず切断面の溶融状態が異なり、きれいな切断面を得られない。

本発明は、きれいな切断面を形成させながら薄膜シートを切断することは困難である、といった課題を解決する、薄膜シートの切断装置を提供することを目的とする。

薄膜シートを切断する切断装置は、薄膜シートを切断する切断ワイヤと、切断ワイヤを、薄膜シートの搬送経路を挟んで対向する第１の位置と第２の位置の間を移動させる駆動手段と、第１の位置に配置された切断ワイヤと接触し、切断ワイヤよりも大きな熱容量を有する、切断ワイヤを加熱する加熱手段と、を有する。

本発明によれば、切断サイクルの変動の影響を受けることなく、きれいな切断面を形成するように薄膜シートを切断することができる。

本発明に係る薄膜シート切断装置の一実施形態の概略構成図である。 切断ワイヤが切断ワイヤ加熱手段に接触した様子を示す概略断面図である。 切断ワイヤと切断ワイヤ加熱手段の構成の他の一例を示す概略断面図である。 切断ワイヤと切断ワイヤ加熱手段の構成のさらに他の一例を示す概略断面図である。 切断ワイヤの断面の形状の他の一例を示す概略図であり、（ａ）は長方形、（ｂ）は三角形である。 切断ワイヤを切断位置で加熱する構成の切断装置の概略構成図である。 薄膜シートの切断方法の一例を説明する概略図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

図１は、本発明に係る薄膜シート切断装置の一実施形態の概略構成図である。本発明の薄膜シート切断装置１０は、熱伝導性が高く熱容量の小さいことが好ましく、薄膜シート９を切断する切断ワイヤ１と、切断ワイヤ１を少なくとも切断待機位置（第１の位置）と、薄膜シート９の搬送経路を挟んで対向する切断位置（第２の位置）とに移動させる切断ワイヤ駆動手段２と、熱伝導性が高く熱容量が大きいことが好ましい切断ワイヤ加熱手段３と、からなる。なお、薄膜シート９は、切断ワイヤ１が切断待機位置から切断位置に移動する間に切断される。

切断ワイヤ加熱手段３は切断待機位置にあり、また、切断ワイヤ加熱手段３の温度が一様かつ一定となるように制御できることがさらに好ましい。そのため、切断ワイヤ加熱手段３は、温度調節器４によって常に温度が一定となるように制御される。切断ワイヤ加熱手段３の一定温度とは後述する切断ワイヤ１の目標温度に対して±０．５％程度に保たれた状態であり、一様とは薄膜シート９の幅である切断幅の範囲で温度分布が±０．５％程度である。

切断対象となる薄膜シート９の原料の融点は、原料となる代表的な高分子材料の融点は、ポリエチレンで１３０℃、ポリプロピレンで１７０℃、ポリ塩化ビニルで１８０℃、ナイロン６で２２５℃程度である。そのため、切断ワイヤ１の目標温度は１５０℃〜２５０℃程度であり、より具体的には、原料の融点に対して±２．０℃程度である。そして、切断ワイヤ１が一定かつ一様に加熱された状態で薄膜シート９を切断することで、切断面状態と切断長ともに再現性良く、きれいな切断面を実現できる。

図２は、切断ワイヤ１が切断ワイヤ加熱手段３に接触した様子を示す概略断面図である。

本発明の薄膜シート切断装置では、熱伝導性が高く熱容量の大きい切断ワイヤ加熱手段３に熱伝導性が高くて熱容量の小さい切断ワイヤ１を接触させて切断ワイヤ１を加熱する。つまり、切断ワイヤ加熱手段３は熱浴として働き、切断ワイヤ１に比べて切断ワイヤ加熱手段３は大きな熱容量を持ち、切断ワイヤ１を加熱しても切断ワイヤ加熱手段３は温度低下を生じない熱容量を有する。

切断ワイヤ１の熱伝導性に関しては、切断ワイヤ１の温度が薄膜シート９の切断サイクルに応じた所定時間内に薄膜シート９の切断温度の±２％になればよい。一例として、切断サイクルが２秒程度で切断ワイヤ１の目標温度１５０℃で加熱する時間が１秒とすると、１秒で切断ワイヤ１の温度を目標温度１５０℃の±２℃まで上昇させることが必要であり、切断ワイヤ１の径は切断に支障のない程度に細い事が望ましい。

ここで、薄膜シート９のきれいな切断面および一定切断長を実現するためには一定温度での切断が必要であるため、切断ワイヤ１が温度的に飽和な状態（目標温度に達した状態）が必要である。そのため、切断ワイヤ１と切断ワイヤ加熱手段３とが接触している時間である加熱時間が短くても長くても、切断ワイヤ１が目標温度にならなければならない。すなわち、上記の例の場合、切断ワイヤ１が切断ワイヤ加熱手段３に接触している時間が１秒の温度と２秒や１０秒、１分においても、１４８℃〜１５２℃程度に収まらなければならない。

そこで、所定の時間内に切断ワイヤ１を目標温度に飽和させる有効な方法として、切断ワイヤ１と切断ワイヤ加熱手段３との接触面積を増やすことが挙げられる。図３は、切断ワイヤ１と切断ワイヤ加熱手段３の構成の一例を示す概略断面図である。

図２では、切断ワイヤ加熱手段３の、切断ワイヤ１との接触面が平坦であったが、図３に示す例では、切断ワイヤ１と切断ワイヤ加熱手段３との接触面積を増やすために切断ワイヤ加熱手段３の、切断ワイヤ１との接触面に、切断ワイヤ１を挿入可能な溝３ａを形成した。また、溝３ａの開口部には、切断ワイヤ１を溝３ａに挿入しやすくするために、傾斜部３ｂを設けることが好ましい。

溝３ａに断面が円状の切断ワイヤ１を挿入することで、切断ワイヤ１の表面積の半分程度が切断ワイヤ加熱手段３に面接触することができる。切断ワイヤ１と切断ワイヤ加熱手段３との接触が図２に示した構成では線接触であるのに対し、図３に示した構成では面接触になる。そのため、切断ワイヤ加熱手段３に溝３ａを設ける構成の方が切断ワイヤ加熱手段３から切断ワイヤ１に伝熱しやすく、切断ワイヤ１を目標温度まで加熱する時間を短縮可能となる。

さらに、切断ワイヤ１と切断ワイヤ加熱手段３との接触面積を増やす手段として、図４に示すように、切断ワイヤ１の断面形状を溝３ａの形状に合わせる、つまり、略だ円状にすることが挙げられる。このようにすることで、切断ワイヤ１の表面積の約７割を切断ワイヤ加熱手段３に接触させることができるため、さらに切断ワイヤ１の目標温度までの加熱時間を短縮させることができる。

また、切断ワイヤ１の断面の形状としては、長方形（図５（ａ）参照）や、三角形（図５（ｂ）参照）などの様に、切断ワイヤ１の表面積に対する切断ワイヤ加熱手段３との接触面積の比率を加熱時間に応じて取り決めることが考えられる。なお、溝３ａの形状も適宜変化させればよい。

ここまでは切断ワイヤ１の加熱時間を短縮するのに適した構成を説明してきた。図１に示す装置の構成の場合、切断ワイヤが切断ワイヤ加熱手段３から離れて戻って来るまでに、切断ワイヤ１の温度の変化が大きいと、所定の加熱時間内に切断ワイヤ１を目標温度まで加熱できないことがありうる。切断ワイヤ１の熱容量が極端に小さい場合や、薄膜シート９を切断するのに奪われる熱エネルギーが大きい場合や、切断動作の距離が長いあるいは切断後の待ち時間が長いため冷却されてしまう場合などに、切断ワイヤ１の温度低下が大きくなる。

このような場合の対策として、切断ワイヤ１の切断位置において切断ワイヤ１を加熱する構成と、切断ワイヤ１が自ら発熱する構成の２つが考えられる。前者の一例として図６に切断ワイヤ１を切断位置で加熱する構成の切断装置の概略構成図を示す。なお、破線が切断ワイヤ１の移動前、実線が移動後である。

本実施例の切断装置の構成では、切断ワイヤ１の切断待機位置に切断ワイヤ加熱手段３を配置し、切断ワイヤ１の切断位置に、切断後ワイヤ加熱手段５を配置する。つまり、切断ワイヤ１は、切断ワイヤ駆動手段２により移動されつつ、切断待機位置で切断ワイヤ加熱手段３に加熱され、切断位置で切断後ワイヤ加熱手段５に加熱される。したがって、切断ワイヤ１の温度低下を抑制することが可能となる。

後者に関しては、図示しないが、切断ワイヤ１にニクロム線などの電熱線を用いた発熱ワイヤを用いる。発熱手段の目標温度は、切断ワイヤ加熱手段３、５の目標温度以下にする。

なお、電熱線は一定電流を流すことで発熱するので、電熱線に常時もしくは適時電流を流すことで切断ワイヤ１の温度低下の防止や切断ワイヤ加熱手段３による加熱時間の短縮を行える。切断ワイヤ１の切断動作時に電流を流せば切断の移動や切断で失う熱エネルギーによる温度降下を小さくすることが可能となり、切断ワイヤ加熱手段３による切断ワイヤ１の加熱時に電流を流せば加熱時間を短縮することが可能となり、常時電流を流すことで切断ワイヤ１の経時的な温度変化を小さくすることが可能となるからである。

次に薄膜シートの切断方法を説明する。図７は、薄膜シートの切断方法の一例を説明する概略図である。なお、図１に示した薄膜シート切断装置を用いて説明する。

まず、切断ワイヤ１は切断ワイヤ駆動手段２により薄膜シート９の上方に位置する切断待機位置において、切断待機位置の配置される切断ワイヤ加熱手段３により加熱され、熱的に飽和、つまり目標温度に達した状態になる。次に、切断ワイヤ駆動手段２により切断ワイヤ１を薄膜シート９の下方に位置する切断位置へと移動させながら切断ワイヤ１で薄膜シート９を切断する。ここで切断位置とは、切断ワイヤ１の熱の影響により薄膜シート９が溶融や収縮による変形等の生じない距離だけ離れた位置である。

薄膜シート９の切断後は、切断された薄膜シート９を取り出し、薄膜シート９は原反側へ所定量巻き戻す。そして、切断ワイヤ駆動手段２により切断ワイヤ１を切断待機位置へと移動させる。

ここで、薄膜シート９の原反側を巻き戻すのは、切断ワイヤ１が切断待機位置へ移動する際に、戻る切断ワイヤ１の熱によって薄膜シート９が溶融や収縮による変形が生じないようにするためである。

切断ワイヤ１は切断待機位置に移動すると切断ワイヤ加熱手段３により目標温度になるように加熱される間に、薄膜シート９は所定量搬送される。こうすることで、毎回同じ長さの切断が行えるため寸法的に精度良く切断が行える。

切断毎に切断ワイヤ駆動手段２の動作速度が同じなら、切断ワイヤ１は切断待機位置で所定の温度に加熱された後、薄膜シート９を溶断するまでの温度低下分は毎回同じになるため、精度良くきれいな薄膜シート６の切断面を得ることができる。

なお、薄膜シート９を、薄膜シート９の下方から上方に向かって切断してもよく、薄膜シート９の幅方向に切断してもよい。

また、図６に示した切断装置を用いて、切断ワイヤ１を切断待機位置から切断位置に移動させるときのみならず、切断位置から切断待機位置に移動させるときに薄膜シート９を切断してもよい。

さらに、薄膜シート９の切断後に薄膜シート９の原反側を所定量巻き戻して、切断位置から切断待機位置へ切断ワイヤ１を移動させることで、薄膜シート９が切断ワイヤ１の熱の影響を受けないようにしたが、切断後の薄膜シート９を取り出した後、切断ワイヤ１を、薄膜シート９の原反側とは反対の方向に所定量移動させてから、切断位置から切断待機位置に移動させてもよい。

１ 切断ワイヤ
２ 切断ワイヤ駆動手段
３ 切断ワイヤ加熱手段
４ 温度調節器
５ 切断後ワイヤ加熱手段
９ 薄膜シート
１０ 切断装置

Claims (8)

1. 薄膜シートを切断する切断装置において、
   前記薄膜シートを切断する切断ワイヤと、
   前記切断ワイヤを、前記薄膜シートの搬送経路を挟んで対向する第１の位置と第２の位置の間を移動させる駆動手段と、
   前記第１の位置に配置された前記切断ワイヤと接触し、前記切断ワイヤよりも大きな熱容量を有している、前記切断ワイヤを加熱する加熱手段と、
   を有する、薄膜シートの切断装置。
2. 前記第２の位置に、前記切断ワイヤと接触し、前記切断ワイヤを加熱する加熱手段が設けられている、請求項１に記載の薄膜シートの切断装置。
3. 前記加熱手段の、前記切断ワイヤと接触する面には、前記切断ワイヤの断面形状に対応した形状をしており、前記切断ワイヤを受け入れ、内部で前記切断ワイヤと接触可能な溝が形成されている、請求項１または２に記載の薄膜シートの切断装置。
4. 前記切断ワイヤは自ら発熱する発熱ワイヤである、請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜シートの切断装置。
5. 前記発熱ワイヤの温度は、前記加熱手段の温度よりも低い、請求項４に記載の薄膜シートの切断装置。
6. 前記発熱ワイヤは、移動中と前記加熱手段と接触中のうちの少なくともいずれかで発熱する、請求項４または５に記載の薄膜シートの切断装置。
7. 第１の位置で、切断ワイヤよりも大きな熱容量を有している加熱手段で前記切断ワイヤを加熱し、
   加熱された前記切断ワイヤを、前記第１の位置から第２の位置へ移動させながら薄膜シートを切断し、
   切断された前記薄膜シートを取り除いてから、前記切断ワイヤを前記第２の位置から前記第１の位置へ移動させる、薄膜シートの切断方法であって、
   前記第２の位置でさらに、前記加熱手段で前記切断ワイヤを加熱し、前記切断ワイヤを前記第２の位置から前記第１の位置へ移動させるときに、前記薄膜シートをさらに切断する、薄膜シートの切断方法。
8. 前記切断ワイヤの少なくとも移動中に前記切断ワイヤを発熱させる、請求項７に記載の薄膜シートの切断方法。
   

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