JP7403021B1 - ロータリーカッターユニット - Google Patents

Abstract

【課題】二つのロールが受ける衝撃を抑制し、外部からの振動を二つのロールが直接受けることなく、構造を簡素化したロータリーカッターユニットを提供する。【解決手段】カッターロール１と、カッターロール１と平行に配置されたアンビルロール２と、これら二つのロール１，２の両端にそれぞれ配置された回転支持部３１，３２と、二つのロール１，２を挟む向きにそれぞれの回転支持部３１，３２を加圧する一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢとを備え、空気ばねＡは、二つのロール１，２のうち一方のロール１の回転支持部３１を加圧し、アクチュエータＢは、他方のロール２の回転支持部３２を空気ばねＡの加圧方向と対向するように加圧し、それぞれの回転支持部３１，３２は、空気ばねＡ及びアクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能である。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、不織布やフィルムなどの薄い帯状の素材を連続的に所定の形状に切断するロータリーカッターユニットに関する。

薄い帯状の素材を所定の形状に切断するためには、一般的にロータリーカッターユニットが使用される。ロータリーカッターユニットは、切断形状を備えた切断刃を有するカッターロールと切断刃の受けを有するアンビルロールを含んでなる。カッターロール及びアンビルロールは平行に配置され、これら二つのロールが近接あるいは接触した状態で互いに逆向きに回転することで、連続的に素材を押切ることができる。

このようなロータリーカッターユニットは、運転時に二つのロールが衝突することにより振動が発生してしまうため、振動を抑制する手段を講じることがある。例えば特許文献１には、弾性部材として受動ダンパを具備する振動減衰手段を用いてアンビルドラム又はカッタドラムなどのドラムの衝撃に起因する振動を減少させる回転式切断装置が開示されている。また特許文献２には、切断ユニットの外部にアクチュエータを設けることで振動を抑制するとともに、切断ユニットのフレーム高さ寸法を小さく、重心を低くすることができ、容易に切断ユニットを交換することが可能なロータリ加工装置が示されている。

一方、圧力の調整や位置を調節するために、空気ばねを切断装置に用いることが知られている。例えば特許文献３には、圧力の微調整を目的とした空気ばねを使用した印刷切断装置が開示されている。また特許文献４及び特許文献５には、ナイフロータとプレンロータの位置調整を目的としたロータリーカッターのための空気ばねが開示されている。

特開２０１２－２１８１４９号公報 特開２０１１－１５６６２３号公報 米国特許第４５３１９２９号明細書 特開平０８－１１２７９８号公報 特開平１０－１３８１９６号公報

特許文献１に開示される回転式切断装置に用いられる受動ダンパは、可動ロールが固定ロールに衝突したときの衝撃によって引き起こされた振動を迅速に減少させることはできるが、衝撃の発生自体を抑制させることはできず、さらに、外部振動を抑えることはできない。また、受動ダンパとして複数の弾性部材を用いるなど多くの部材を用いているために構造が複雑となり、ロール交換のときの組み換え作業が煩雑になるだけでなく、コストも高くなる可能性がある。

また特許文献２では、切断ユニットの外部に設けられたアクチュエータを用いて、可動ロールを固定ロールに接触させることで振動を抑制することはできるが、衝撃の発生そのものは抑制することができず、切断刃が欠ける可能性がある。また、切断ユニットで発生する外部振動は、アクチュエータで全て吸収することはできない。

そこで本発明では、カッターロール及びアンビルロールの二つのロールが受ける衝撃を抑制し、外部からの振動を二つのロールが直接受けることなく、構造を簡素化したロータリーカッターユニットを提供することで、カッターロールの切断刃の刃先のチッピング及びアンビルロール表面の損傷を防ぎ、切断性能を長期にわたり維持することを課題とする。

本発明では、次のロータリーカッターユニットを提供することで、上記課題を解決した。
円周面を備えた胴部、及び当該円周面に位置し切断形状を備えた切断刃を有するカッターロールと、
前記カッターロールと平行に配置され、前記切断刃を受ける円周面を備えた胴部を有するアンビルロールと、
前記カッターロール及び前記アンビルロールの両端にそれぞれ配置された回転支持部と、
前記カッターロール及び前記アンビルロールの二つのロールを挟む向きに前記それぞれの回転支持部を加圧する一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢと、を備え、
前記空気ばねＡは、前記二つのロールのうち一方のロールの回転支持部を加圧し、
前記アクチュエータＢは、前記二つのロールのうち他方のロールの回転支持部を前記空気ばねＡの加圧方向と対向するように加圧し、
前記二つのロールのそれぞれの回転支持部は、前記空気ばねＡ及び前記アクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能である、ロータリーカッターユニット。

本発明では、このロータリーカッターユニットに、カッターロールの回転支持部とアンビルロールの回転支持部との間に配置され、カッターロール及びアンビルロールのうち少なくとも一方のロールの回転支持部を、空気ばねＡが加圧減圧する方向に沿った方向に加圧する一対の空気ばねＣを備えた構成としてもよい。また、本発明においてアクチュエータＢは空気ばねとしてもよい。

本発明によれば、空気ばね及びアクチュエータを用いて二つのロールを挟む向きに回転支持部を加圧することで、二つのロールが受ける衝撃を抑制することができる。また、ロール同士の衝突等による衝撃も抑制することができる。さらに外部からの振動を二つのロールが直接受けることもない。これにより、カッターロールの切断刃の刃先のチッピング及びアンビルロール表面の損傷を防ぐことができ、切断性能を長期にわたり維持することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るロータリーカッターユニットの構成例を模式的に示す正面図である。 図１Ａのロータリーカッターユニットの模式的な斜視図である。 回転支持部の構成例を模式的に示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るロータリーカッターユニットの構成例を模式的に示す正面図である。 本発明の第３の実施形態に係るロータリーカッターユニットの構成例を模式的に示す正面図である。 従来のロータリーカッターユニットの構成例を模式的に示す正面図である。

本発明は下記の構成を有する。
円周面を備えた胴部、及び当該円周面に位置し切断形状を備えた切断刃を有するカッターロールと、
前記カッターロールと平行に配置され、前記切断刃を受ける円周面を備えた胴部を有するアンビルロールと、
前記カッターロール及び前記アンビルロールの両端にそれぞれ配置された回転支持部と、
前記カッターロール及び前記アンビルロールの二つのロールを挟む向きに前記それぞれの回転支持部を加圧する一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢと、を備え、
前記空気ばねＡは、前記二つのロールのうち一方のロールの回転支持部を加圧し、
前記アクチュエータＢは、前記二つのロールのうち他方のロールの回転支持部を前記空気ばねＡの加圧方向と対向するように加圧し、
前記二つのロールのそれぞれの回転支持部は、前記空気ばねＡ及び前記アクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能である、ロータリーカッターユニット。

以下に主として図１Ａ及び図１Ｂを参照しつつ本発明のロータリーカッターユニットの構成の詳細を示す。
カッターロール１は、円周面１１１を備えた胴部１１と、この円筒面１１１に位置し所望の切断形状を備えた切断刃１２を有するロールである。また、カッターロール１は、切断刃１２を挟んで一対のガイドリング１３を有する。それぞれのガイドリング１３の高さは、円周面１１１から切断刃１２の刃先までとほぼ同じとする。
アンビルロール２は、円周面２１１を有する胴部２１を有するロールである。アンビルロール２をカッターロール１と平行に配置することで、アンビルロール２の円周面２１１はカッターロール１の切断刃１２を受けることができる。
回転支持部３１はカッターロール１の両端を回転可能に保持するために設け、回転支持部３２はアンビルロール２の両端を回転可能に保持するために保持するために設ける。
駆動装置４は、カッターロール１及びアンビルロール２のうち少なくとも一方のロール（図１Ａではカッターロール１の一端（一方の端部））を回転駆動する。駆動装置４は、例えばサーボモータである。なお、図１Ｂでは駆動装置４を省略している。
一対の空気ばねＡは、二つのロール１,２のうち駆動装置４で回転駆動される一方のロール１の回転支持部３１を、二つのロール１,２の中心が直線的に接近又は接触する向きに加圧するように設置する。なお、図１Ａにおいて一対の空気ばねＡは、二つのロール１,２のうち駆動装置４で回転駆動される一方のロール１の回転支持部３１を加圧するように設置したが、二つのロール１,２のうち駆動装置４で回転駆動されない他方のロール２の回転支持部３２を加圧するように設置してもよい。また、二つのロール１,２がいずれも駆動装置４で回転駆動される場合、空気ばねＡは二つのロール１,２うちいずれか一方のロールの両端の回転支持部を加圧するように設置する。このような構成とすることで、空気ばねＡは二つのロール１,２を加圧することができる。また、空気ばねＡは、外力に応じて変形することで、振動を減衰することができる。
一対のアクチュエータＢは、空気ばねＡを設置していない他方のロール２の回転支持部３２を空気ばねＡの加圧方向と対向するように加圧する。アクチュエータＢは、油圧シリンダーやエアシリンダー、あるいは空気ばねであってもよい。
そして、カッターロール１の両端を回転可能に保持する回転支持部３１、及びアンビルロール２の両端を回転可能に保持するために保持する回転支持部３２は、空気ばねＡ及びアクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能である。

このように一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢを用いて二つのロール１，２を挟む向きに回転支持部３１,３２を加圧し、かつ回転支持部３１，３２を、空気ばねＡ及びアクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能に設置することで、二つのロール１，２間で発生した振動を一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢが減衰することができる。
すなわち、本発明のロータリーカッターユニットが振動を受けたとしても、一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢでスライド可能な二つのロール1，２を挟むことで、二つのロール１，２は離れることなく同じ方向に振動するため、ロール同士の衝突を抑制することができ、外部振動が直接ロールに伝わることがない。また、振動が発生したときにロールが一対の空気ばねＡを押すことで、空気ばねＡの振動減衰効果を得ることができる。空気ばねの振動減衰効果は、一般的なアクチュエータ（油圧シリンダーやエアシリンダー）の振動減衰効果よりも高い。このため、カッターロール１の切断刃１２の刃先のチッピング及びアンビルロール２表面の損傷の程度を小さくすることができる。なお、アクチュエータＢが油圧シリンダーやエアシリンダーであったとしても、外力に応じてわずかに収縮することで、空気ばねＡには劣るが振動を減衰することはできる。一方、アクチュエータＢの振動減衰効果を高める観点からは、アクチュエータＢを空気ばねとすることができる。

ここで、二つのロールを挟む向きに回転支持部を加圧するとは、カッターロール及びアンビルロールが直線的に接近又は接触する方向に、一対の空気ばねＡと一対のアクチュエータＢが二つのロールの回転支持部を加圧することをいう。
また、空気ばねＡ及びアクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能であるとは、空気ばねＡ及びアクチュエータＢを加圧又は減圧したときに二つのロールが直線的に接近又は遠ざかる方向に移動できることをいう。

本発明のロータリーカッターユニットは、上述の構成に加えて、カッターロール１の回転支持部３１とアンビルロール２の回転支持部３２との間に配置され、カッターロール１及びアンビルロール２のうち少なくとも一方のロールの回転支持部を、空気ばねＡが加圧減圧する方向に沿った方向に加圧する一対の空気ばねＣを備えていてもよい。このような構成とすることで、運転時のロール同士の衝撃の抑制や、外部振動の減衰効果が高くなる。

一方で、図５に示したように、固定ロールであるカッターロール１に向かって可動ロールであるアンビルロール２を押す一対のアクチュエータＢのみを用いた従来のロータリーカッターユニットでは、運転時にカッターロール１の切断刃１２とアンビルロール２が衝突することで振動が発生すると、アクチュエータＢが振動をわずかに減衰するが、可動ロールであるアンビルロール２を押し続ける。そのため、カッターロール１の切断刃１２の刃先がチッピングするだけでなく、アンビルロール２の表面が損傷する。また、固定ロールであるカッターロール１は装置フレーム５に固定されているため、このカッターロール１から外部振動が伝わり、その結果、ロール同士の衝撃は大きくなる。
このように二つのロールのうち一方を装置フレームに固定した従来のロータリーカッターユニットでは、振動が発生したときに固定ロールに可動ロールが衝突したり、可動ロールに固定ロールが衝突する。また、固定ロールに外部振動が伝わるため、ロール同士の衝撃が大きくなり、カッターロールの切断刃の刃先のチッピング及びアンビルロール表面の損傷を防ぐことができない。

次に、本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
図１Ａは本発明の第１の実施形態に係るロータリーカッターユニットの構成例を模式的に示す正面図、図１Ｂはその模式的な斜視図である。
第１の実施形態のロータリーカッターユニットは、装置フレーム５と、カッターロール１と、アンビルロール２と、回転支持部３１，３２と、駆動装置４と、一対の空気ばねＡと、一対のアクチュエータＢとからなる。装置フレーム５は、天板５１、底板５２及び柱５３から構成され、装置フレーム５内にカッターロール１及びアンビルロール２を配置した。回転支持部３１，３２はベアリングボックスよりなり、カッターロール１とアンビルロール２に対してそれぞれ一対ずつ設けた。一対の空気ばねＡと一対のアクチュエータＢは、二つのロール１，２を挟む向きに回転支持部としてのベアリングボックスを加圧するように設けた。具体的に一対の空気ばねＡは、駆動装置４を有するカッターロール１の両端のベアリングボックス３１を加圧するように設け、一対のアクチュエータＢは、アンビルロール２の両端のベアリングボックス３２を加圧するように設けた。このアクチュエータＢは、空気ばねＡが加圧する方向と対向する方向にベアリングボックス３２を加圧するように設けた。

ベアリングボックス３１，３２は、空気ばねＡ及びアクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能に設けた。具体的には図２に示したように、ベアリングボックス３１，３２は装置フレーム５の柱５３に沿ってスライド可能に設けた。なお、図２において符号１ａ、２ａは、それぞれカッターロール１の端部、アンビルロール２の端部を示す。ここで、図２には示していないが、ベアリングボックス３１，３２がスライドする上限位置及び下限位置を規定するために、それぞれ上限ストッパー及び下限ストッパーを設けてもよい。

本実施形態のロータリーカッターユニットと図５の従来のロータリーカッターユニットの回転支持部（ベアリングボックス）に加速度センサの振動計を取り付けて１分間振動を測定した。本実施形態のロータリーカッターユニットは図５の構造のロータリーカッターユニットと比較して、振幅の最大値が３０％減少した。また、二つのロール１，２を一対の空気ばねＡと一対のアクチュエータＢを用いて加圧した状態で、素材を挟むことなく２千万回転させた後の図５のカッターロール１及びアンビルロール２を確認したところ、カッターロール１の切断刃１２の刃先はチッピングし、アンビルロール２の表面は損傷していた。これに対して、本実施形態のカッターロール１の切断刃１２やアンビルロール２の表面には、目立った損傷がなかった。

＜第２の実施形態＞
図３は本発明の第２の実施形態に係るロータリーカッターユニットの構成例を模式的に示す正面図である。本実施形態では、第１の実施形態の構成に加えて一対の空気ばねＣを設けた。この一対の空気ばねＣは、カッターロール１の回転支持部３１とアンビルロール２の回転支持部３２との間に配置され、これらの回転支持部３１，３２を、空気ばねＡが加圧減圧する方向に沿った方向に加圧する。なお、本実施形態において空気ばねＣは、回転支持部３１及び回転支持部３２の両方を加圧するが、回転支持部３１及び回転支持部３２の少なくとも一方を加圧することもできる。このように本実施形態では、一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢに加えて一対の空気ばねＣを設けたことで、振動減衰効果を高めることができる。

本実施形態のロータリーカッターユニットと図５の従来のロータリーカッターユニットの回転支持部（ベアリングボックス）に加速度センサの振動計を取り付けて１分間振動を測定したところ、本実施形態のロータリーカッターユニットは図５の構造のロータリーカッターユニットと比較して、振幅の最大値が４０％減少した。

＜第３の実施形態＞
図４は本発明の第３の実施形態であるロータリーカッターユニットの構成を模式的に示す正面図である。本実施形態は、一対のアクチュエータＢを一対の空気ばねＣに変更した点で第１の実施形態と異なる。すなわち、第１の実施形態では一対のアクチュエータＢとして油圧シリンダーを用いたが、本実施形態ではこれを空気ばねに変更した。このように一対のアクチュエータを空気ばねとしたことで、振動減衰効果を高めることができる。

本実施形態のロータリーカッターユニットと図５の従来のロータリーカッターユニットの回転支持部（ベアリングボックス）に加速度センサの振動計を取り付けて１分間振動を測定したところ、本実施形態のロータリーカッターユニットは図５の構造のロータリーカッターユニットと比較して、振幅の最大値が５０％減少した。

１ カッターロール
１ａ カッターロールの端部
１１ 胴部
１１１ 円周面
１２ 切断刃
１３ ガイドリング
２ アンビルロール
２ａ アンビルロールの端部
２１ 胴部
２１１ 円周面
３１、３２ 回転支持部（ベアリングボックス）
４ 駆動装置
５ 装置フレーム
５１ 天板
５２ 底板
５３ 柱
Ａ 空気ばね
Ｂ アクチュエータ
Ｃ 空気ばね

Claims (3)

1. 円周面を備えた胴部、及び当該円周面に位置し切断形状を備えた切断刃を有するカッターロールと、
   前記カッターロールと平行に配置され、前記切断刃を受ける円周面を備えた胴部を有するアンビルロールと、
   前記カッターロール及び前記アンビルロールの両端にそれぞれ配置された回転支持部と、
   前記カッターロール及び前記アンビルロールの二つのロールを挟む向きに前記それぞれの回転支持部を加圧する一対の空気ばねＡ及び一対のアクチュエータＢと、を備え、
   前記空気ばねＡは、前記二つのロールのうち一方のロールの回転支持部を加圧し、
   前記アクチュエータＢは、前記二つのロールのうち他方のロールの回転支持部を前記空気ばねＡの加圧方向と対向するように加圧し、
   前記二つのロールのそれぞれの回転支持部は、前記空気ばねＡ及び前記アクチュエータＢが加圧減圧する方向にスライド可能である、ロータリーカッターユニット。
2. 前記カッターロールの回転支持部と前記アンビルロールの回転支持部との間に配置され、前記カッターロール及び前記アンビルロールのうち少なくとも一方のロールの回転支持部を、前記空気ばねＡが加圧減圧する方向に沿った方向に加圧する一対の空気ばねＣをさらに備えた、請求項１に記載のロータリーカッターユニット。
3. 前記アクチュエータＢは空気ばねよりなる、請求項１に記載のロータリーカッターユニット。

Images