シート接合装置
【課題】光透過性、不透過性等の光学的特性の制限を受けることなく、任意の形状に、低い設備コストで、積層シートのシート同士を融着により接合する装置を提供する。
【解決手段】複数枚のシートが重ねられた積層シート７を周面に沿わせて送給する回転ロール２と、レーザ光Ｌの照射部分が発熱するとともに前記回転ロールの周面と前記積層シートとを密接させる回転ベルト（レーザ光吸収ベルト３）と、前記回転ベルト（レーザ光吸収ベルト３）にレーザ光Ｌを照射する照射部５と備え、前記レーザ光Ｌの照射により前記レーザ光吸収ベルト３で発熱した前記回転ベルト（レーザ光吸収ベルト３）の熱で前記積層シート７のシート同士を融着するシート接合装置１を提供する。
【解決手段】複数枚のシートが重ねられた積層シート７を周面に沿わせて送給する回転ロール２と、レーザ光Ｌの照射部分が発熱するとともに前記回転ロールの周面と前記積層シートとを密接させる回転ベルト（レーザ光吸収ベルト３）と、前記回転ベルト（レーザ光吸収ベルト３）にレーザ光Ｌを照射する照射部５と備え、前記レーザ光Ｌの照射により前記レーザ光吸収ベルト３で発熱した前記回転ベルト（レーザ光吸収ベルト３）の熱で前記積層シート７のシート同士を融着するシート接合装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート接合装置に関し、特にはレーザ光を利用した積層不織布等の積層シートを熱溶着により接合するシート接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、不織布やフィルムなどのシートを積層させて接合する場合には、一般的にはヒートロール装置や超音波接合装置が用いられてきたが、最近ではレーザ光を用いる溶着技術が提案されている。
特許文献１には、レーザ光を吸収するレーザ吸収板上に光透過性の第１、第２の樹脂フィルムを配し、レーザ光を透過する押圧板で第１、第２の樹脂フィルムを押さえる。この状態で、押圧板と第１、第２の樹脂フィルムとを透過させたレーザ光をレーザ吸収板に照射し、レーザ吸収板を加熱し、その熱を利用して第１、第２の樹脂フィルム同士を溶着させる技術が開示されている。しかし、レーザ光を透過する第１、第２の樹脂フィルムしか融着できない。
特許文献２には、レーザ光を透過する円筒状の第１ローラの周面に、レーザ光透過性の上部材料とレーザ光が不透過の下部材料を順に巻き付け、第１ローラの内側から第１ローラと上部材料を透過させて下部材料にレーザ光を照射してその下部材料を加熱する。その熱によって、上部、下部材料の接触面を融解させて互いを接合する技術が開示されている。しかし、レーザ光透過性を有する上部材料とレーザ光不透過性の下部材料との溶着しかできない。このように、特許文献１、２の発明では、溶着材料の材質に制限があった。
【０００３】
特許文献３には、回転ロールとの間に少なくとも２枚重ねのプラスチックフィルムを導き押圧し得る押さえロールを備え、回転ロールの内部側から回転ロールの周面に配したレーザ光吸収部材にレーザ光を照射し、この吸収部材を加熱することでプラスチックフィルム同士を溶着する技術が開示されている。しかし、回転ロールの周面と押さえロールの周面とが接触する線上で融着を行うため、複雑な形状にプラスチックフィルム同士を融着することが困難であった。また、特許文献２，３の発明では、レーザ光を透過する回転ロールが必要であり、設備コストがかかるという問題があった。
【０００４】
特許文献４には、レーザ光を透過する回転ロールの内側より回転ロールを透過させて、回転ロールの周面に押し圧したシート積層体にレーザ光を照射して、そのシート積層体を加熱溶融させる技術が開示されている。しかし、レーザ光を吸収するシート積層体しか融着できず、特許文献１、２の発明と同様に、溶着材料の材質に制限があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０５０５１３号公報
【特許文献２】特開２００４−００１５０７号公報
【特許文献３】特開２００９−２０２５０２号公報
【特許文献４】特開２０１０−１８８６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、レーザ光の透過性、不透過性等の光学的特性の制限を受けることなく、任意の形状に、低い設備コストで、積層シートのシート同士を融着により接合ができるシート接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数枚のシートが重ねられた積層シートを周面に沿わせて送給する回転ロールと、レーザ光の照射部分が発熱するとともに前記回転ロールの周面と前記積層シートとを密接させる回転ベルトと、前記回転ベルトにレーザ光を照射する照射部を備え、前記レーザ光の照射により発熱した前記回転ベルトの熱で前記積層シートのシート同士を融着するレーザ接合装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のシート接合装置は、レーザ光の透過性、不透過性等の光学的特性の制限を受けることなく、任意の形状に、低い設備コストで、積層シートのシート同士を融着により接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のシート接合装置の好ましい一実施形態を示した構成図である。
【図２】本発明のシート接合装置の照射部の好ましい一例を示した構成図である。
【図３】本発明のシート接合装置を用いた溶着時の熱の移動状態を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明のシート接合装置に用いる温度制御部を示したブロック図である。
【図５】本発明のシート接合装置に用いる温度制御部のシーケンスを示したフローチャートである。
【図６】本発明のシート接合装置を用いて製造するのに好適な吸収性物品としての生理用ナプキンの一例を示した斜視図である。
【図７】本発明のシート接合装置を用いて製造するのに好適な吸収性物品としてのおむつの製造工程の一例を示した平面図および部分拡大図である。
【図８】本発明のシート接合装置を用いて製造したおむつの一例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係るシート接合装置の好ましい一実施形態について、図１を参照しながら、以下に説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明のシート接合装置１は、回転ロール２と、複数枚のシートが重ねられた構成の積層シート７を回転ロール２の周面の一部に沿わせて搬送する回転ベルトのベルト部であるレーザ光吸収ベルト３と、このレーザ光吸収ベルト３を回転ロール２の周速度に合わせて送給するベルト送給部４と、積層シート７に対してレーザ光Ｌを走査しながら照射する照射部５とを備える。
回転ロール２は、その回転中心に配した回転軸２１を中心にして矢印Ａ方向に回転可能になっていて、回転軸２１は回転自在に軸受（図示せず）によって支持されている。この回転軸は、モータ等の回転駆動装置（図示せず）によって駆動される。また、回転ロール２の表面２２は、少なくとも金属で構成されていることが好ましく、そのような金属としては、好ましくはステンレス、アルミニウム、銅等が挙げられ、耐熱性、熱伝導性、耐腐食性の点からステンレス（融点：１４００〜１５００℃、熱伝導率：１５６．７〜２０．９Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）が好ましいが、放熱性を重視する場合には、熱伝導率に優れたアルミニウム（融点：６６０℃、熱伝導率：２３６Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、銅（融点：１０８３℃、熱伝導率：３９８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）等を用いることが好ましい。
【００１２】
また、回転ロール２の上端部から積層シート７の搬送方向下流側にかけての周面には、レーザ光吸収ベルト３によって積層シート７を周面に圧接する回転ベルトのベルト送給部４が備えられている。ベルト送給部４は、３本のロール４１、４２、４３によってレーザ光吸収ベルト３が矢印Ｂ方向に回転自在にかつ積層シート７を介して回転ロール２の表面方向に押し圧するように支持されているものである。ロール４１は、回転ロール２の周面上端部に積層シート７を介してレーザ光吸収ベルト３を回転ロール２の周面方向に押し圧するように配される。また、ロール４３は、回転ロール２の上端部より積層シート７の搬送方向下流側に角度θだけずらした位置に、積層シート７を介してレーザ光吸収ベルト３１を回転ロール２の周面方向に押し圧するように配される。この角度θは、熱により溶融した積層シート７を加圧状態で冷却し凝固させる時間を確保するという理由から、好ましくは４５〜１８０度であり、より好ましくは９０〜１３５度である。さらにロール４２は、ロール４１、４３間で回転ロール２の周面から離間した位置に配されている。３本のロール４１、４２、４３は、それぞれの軸心に配された回転軸が軸受（図示せず）によって回転自在に支持されることで回転自在になっている。また、いずれかの回転軸にはロールの回転軸を回転駆動させる駆動装置（図示せず）が接続されている。さらに、ロール４１、４３の回転軸の軸受には、ロール４１、４３を介してレーザ光吸収ベルト３を回転ロール２の周面方向に所望の圧力で押し当てる加圧装置（図示せず）が備えられていることが好ましい。その圧力は、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とが密着し、かつ積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とが合わさった状態で容易に搬送される圧力であることが好ましい。したがって、積層シート７は、回転ロール２の周面において滑ることなく、その搬送速度は、回転ロール２の周速度と同等になることが好ましい。すなわち、レーザ光吸収ベルト３の表面速度と回転ロール２の周面の回転方向の速度は同速度になるように制御されていることが好ましい。なお、図１ではベルト送給部４は回転ロール２の左側上部に位置しているが、ベルト送給部４の位置は、例えば右側下部等など回転ロール２の周面に対して任意に設けることができる。
【００１３】
レーザ光吸収ベルト３は、無端ベルトであり、積層シート７の幅と同等もしくはそれ以上の幅を有することが好ましく、レーザ光を吸収しやすく、加熱されやすく、ベルトとしての耐久性を有するものが好ましい。例えば、近赤外レーザ光を吸収しやすい、ステンレス、鉄、銅、タングステン、モリブデン等の金属、またはレーザによる発熱に耐えかつレーザ光を吸収する色材等を含む樹脂材で構成されている。レーザ光吸収ベルト３は、レーザ照射によって発熱した部分の広がりを抑える観点から熱伝導率が低いことがより好ましく、例えば、ステンレス、鉄等の金属が挙げられる。また、レーザ光吸収ベルト３は、積層シートとの貼り付きを防止する観点からベルト表面にフッ素樹脂コーティングやセラミックコーティング等の表面加工を施してもよい。
【００１４】
回転ロール２は、積層シート７が回転ロール２の表面でスリップせずに積層シート７を確実に搬送するためには、積層シート７のレーザ光が照射される幅より外側を吸引保持する吸引孔を備える、または回転ロール２の表面に摩擦係数の高い材を用いる、もしくは回転ロール２の表面摩擦が大きくなるように表面処理を施すなどをして、回転ロール２の積層シート７の保持性を高めることが好ましい。さらに、回転ロール２のレーザ光が照射される位置の表面側を裏面側から冷却する冷却手段（図示せず）を有することが好ましい。この冷却手段により、回転ロール２の表面を一定温度に保持することができるので、レーザ光照射条件を常に一定にすることができるため、融着状態を一定にすることができる。
また、回転ロール２の回転軸２２には、常時回転ロール２の回転位置を計測し得るロータリーエンコーダ等の回転位置検出器（図示せず）が設置されていることが好ましい。
【００１５】
次に、照射部５について図２を参照して詳述する。照射部５は、レーザ光吸収ベルト３の回転の内側からレーザ光吸収ベルト３に向けてレーザ光を照射するもので、レーザ光発振部５１、レーザ光走査部５２、制御部５３が備えられている。レーザ光発振部５１は、レーザ光Ｌを発振するレーザ光発振器を備えている。レーザ光走査部５２は、レーザ光発振部５１から発振されたレーザ光Ｌを所望の照射パターンに走査する。制御部５３は、レーザ光吸収ベルト３上に描かれるレーザ光Ｌの照射軌跡を表す図形情報および回転ロール２の回転速度（周速度）、回転角度等の位置情報に基づいて、レーザ光発振部５１にレーザ光Ｌの発振タイミング、レーザ光出力、レーザ光のビーム径、照射時間等の発振条件に加え、パルス発振の場合にはパルス発振周期、パルス幅等のパルス発振条件を指示するとともに、レーザ光走査部５２にレーザ光Ｌの走査速度、走査位置等の走査条件を指示する。さらに制御部５３には、上述の図形情報、レーザ光Ｌの発振条件や、積層シート７やレーザ光吸収ベルト３の厚さ、材質等の材料情報を入力する入力手段（例えば、キーボードと入力表示装置）も備えている。
【００１６】
レーザ光発振部５１のレーザ光発振器は、レーザ光吸収ベルト３の吸収帯域の発振波長を有する。レーザ光吸収ベルト３が金属で構成されている場合、近赤外レーザ光発振器を用いることができる。近赤外レーザ光発振器としては、イッテルビウム（Ｙｂ＋）ドープファイバレーザ光（波長：１０９０ｎｍ）発振器、ネオジム（Ｎｄ＋）ドープＹＡＧレーザ光（波長：１０６４ｎｍ）発振器、ネオジム（Ｎｂ＋）ドープガラスレーザ光（波長：１０６５ｎｍ）発振器等を挙げることができる。特に、レーザ光発振が安定していて、スポットサイズを数十μｍに絞り込めるファイバレーザ光発振器を用いることが好ましい。
【００１７】
レーザ光走査部５２は、レーザ光Ｌの焦点距離を可変に制御するＺ軸方向の制御システム５４、レーザ光ＬをＸＹ方向に走査する反射光学系５５、５６を備えている。図面では、Ｘ軸をＭＤ方向、Ｙ軸をＣＤ方向としている。ＭＤ方向とは、機械方向であり積層シート７の接合時における積層シート７の送給方向（矢印Ａ方向）であり、ＣＤ方向とはＭＤ方向に対して直交する方向である。
制御システム５４は、複数のレンズの組み合わせにより構成され、その一部のレンズをＺ軸方向に移動することでレーザ光Ｌの焦点位置をＺ軸方向に移動させる機能を有する、いわゆるズームレンズの構成を有する。したがって、レーザ光Ｌの焦点位置合わせや焦点はずし量を調整することができる。反射光学系５５、５６は、共に反射ミラー５７（５７ａ、５７ｂ）とミラー制御部５８（５８ａ、５８ｂ）とを有し、それぞれのミラー制御部５８ａ、５８ｂによりそれぞれ反射ミラー５７ａ、５７ｂの回転角度を制御することで、回転ロール２の周面に積層シート７を介して沿わせたレーザ光吸収ベルト３の表面に、レーザ光Ｌを走査して、所望の図形９の融着形状を作製する。ミラー制御部５８のそれぞれには、反射ミラー５７を矢印Ｃ方向、Ｄ方向に回転駆動する駆動装置を備えている。この駆動装置としては、サーボモータを用いることが好ましい。また、温度変化による反射ミラー５７の角度等の反射位置を補正する補正機構（図示せず）を備えていてもよい。
【００１８】
次に、本発明のシート接合装置１を用いた積層シート７の接合方法を以下に説明する。回転ロール２を矢印Ａ方向に回転するとともに積層シート７を回転ロール２の周面に送給する。そしてレーザ光吸収ベルト３によって積層シート７を回転ロール２の周面方向に所定の圧力で押しつけるように、レーザ光吸収ベルト３や積層シート７の厚さに応じてベルト送給部４のローラ４１、４３の位置を調整する。このようにして回転ロール２を矢印Ａ方向に回転するとともにレーザ光吸収ベルト３を矢印Ｂ方向に送給することで、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とは、互いに密着した状態で回転ロール２の周面に沿って送給される。このとき、予め制御部５３に入力されていた図形情報に基づいて、制御部５３は、レーザ光発振部５１に所定の発振条件にてレーザ光Ｌを発振させ、レーザ光走査部５２により図形情報に基づいて発振されたレーザ光Ｌを走査させ、レーザ光吸収ベルト３の表面に図形情報に基づいた照射軌跡となる図形９を描き、積層シート７のシート同士を融着する。
【００１９】
上記融着過程の詳細について、図３を参照して以下に説明する。図３に示すように、回転ロール２の周面にレーザ光吸収ベルト３によって積層シート７が押し圧され、それによってレーザ光吸収ベルト３と積層シート７とが密着している。この状態で、レーザ光Ｌを走査しながらレーザ光吸収ベルト３の表面に照射する。レーザ光Ｌが照射されたレーザ光吸収ベルト３の照射領域は、光エネルギーが熱エネルギーに変換されて加熱される。その加熱領域３Ｈの熱によってレーザ光吸収ベルト３に密着している積層シート７（シート７ａ、７ｂ）が加熱、溶融され、シート７ａ、７ｂ間の界面同士が融着される。なお、熱伝導の性質上、レーザ光Ｌの照射領域よりも広くレーザ光吸収ベルト３は加熱され、レーザ光吸収ベルト３の加熱領域３Ｈよりも広く積層シート７が加熱される。なお、図面では点線の矢印によって伝熱の方向を模式的に表した。したがって、積層シート７の伝熱領域７Ｈは加熱領域３Ｈより広くなるが、積層シート７の融着に寄与する融着領域７Ｍは、伝熱領域７Ｈより狭くなる。融着領域７Ｍは、レーザ光Ｌの照射条件、レーザ光吸収ベルト３の材質等によって、レーザ光吸収ベルト３表面におけるレーザ光Ｌのスポットサイズよりも狭くすることもできるし、逆に広くすることもできる。
【００２０】
上述した本発明のシート接合装置１では、以下のような作用効果が得られる。
レーザ光吸収ベルト３のレーザ光照射部分の発熱を利用して積層シート７を間接的に加熱し融着しているため、積層シート７は、レーザ光Ｌの透過性、不透過性等の光学的特性の制限を受けない。したがって、積層シート７には、レーザ光吸収ベルト３の発熱で融着可能な材料であれば、いかなる材料も用いることができる。さらに積層シート７をレーザ光Ｌが透過しないので、積層シート７による表面反射、内部散乱等によるレーザ光Ｌのエネルギー損失が抑えられる。
また、回転ロール２の周面に、ある程度の面積を有して積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とが密着するので、レーザ光走査部５２によりレーザ光Ｌを任意の図形に走査することが容易になる。したがって複雑な形状の図形であっても、所望の図形に積層シート７のシート同士を融着させることができる。よって、積層シート７は融着形状に制限を受けない。
また、回転ロール２に光透過性のロールを用いる必要がなく、例えばレーザ光にＣＯ２レーザ光を用いる場合であってもジンクセレンのような特殊なレーザ光透過材料を用いる必要もない。またレーザ光透過材による押さえ材も必要ない。このようにレーザ光Ｌを何等かのレーザ光透過材を透過してレーザ光吸収ベルト３に照射する必要がないため、装置コストが低減できるとともに、装置構成が簡単になるので作業効率が高められる。
【００２１】
レーザ光走査部５２からレーザ光吸収ベルト３に光透過性材料を介さずレーザ光Ｌを直接照射することから、レーザ光Ｌの出力、照射時間等の発振条件を調整することで、レーザ光吸収ベルト３のレーザ光照射部分の温度を容易に制御することができる。これによって、積層シート７の融着温度を制御することが容易になるので、積層シート７を過不足なく融着することができる。一方、融着温度が高すぎると、積層シート７に穴が開く、融着部分が硬くなる等の問題が発生することがある。逆に融着温度が低すぎると、積層シート７の一部が融着できない、もしくは全く融着できないことが生じる。したがって、積層シート７の融着温度を制御できることは重要になっている。
回転ロール２の周面を利用して積層シート７をレーザ光吸収ベルト３で押し当てて、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３を密着させているので、均一に密着でき、密着性を高めることができるので、融着むらを抑えることができる。一方、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３の密着性が不十分であると、融着むらを生じることがある。
また、レーザ光吸収ベルト３を押さえる押さえ材を用いないため、レーザ光照射側の熱損失は熱放射が主であり、押さえ材への伝熱による損失がないので、熱損失が低減できる。
さらに回転ロール２の周面より外側に照射部５が存するので、装置構成が簡単になり、特に照射部５のメンテナンスが容易になる。
【００２２】
上記シート接合装置１では、連続的にシート接合を行うと、レーザ光吸収ベルト３が加熱されて熱くなる場合がある。このような場合には、前記図１に示したように、レーザ光吸収ベルト３を設定温度以下に冷却する温度制御部６を備えることが好ましい。以下、図４および図５を参照して、温度制御部６について説明する。
【００２３】
図４に示すように、温度制御部６は、測定部６１、冷却部６２および制御部６３を備える。測定部６１は、レーザ光吸収ベルト３の温度を計測するもので、放射温度計や赤外線カメラを用いることができ、レーザ光吸収ベルト３の表面温度を直接測定することができる。またはレーザ光吸収ベルト３に接触しているロール４１（前記図１参照。）に熱電対を配置し、温度測定を間接的に行う構成であってもよい。冷却部６２は、レーザ光吸収ベルト３を冷却するものであって、例えば、冷風をレーザ光吸収ベルト３表面に吹き付けるブロアを備えている。この場合の冷却条件としては、冷風の温度、吹き付け時間等が挙げられる。この冷却部６２は冷風を吹き付ける以外の冷却手段であってもよい。例えば、ロール４２内およびロール４３（前記図１参照。）内のいずれか一方または両方に冷媒を通して、間接的にレーザ光吸収ベルト３を冷却する構成であってもよい。制御部６３は、測定部６１で測定したレーザ光吸収ベルト３の測定温度に基づいてレーザ光吸収ベルト３が設定温度以下になるように冷却部６２の冷却動作を指示するものである。例えば、測定部６１に温度測定を指示し、測定部６１から送信された測定温度と予め設定しておいた設定温度とを比較し、その差分に相当する温度の冷却条件を算出して、算出した冷却条件を冷却部６２に指示して、レーザ光吸収ベルト３が設定温度になるように冷却を指示するものである。
【００２４】
次に上記温度制御部６による冷却のシーケンスの好ましい一例を、図５によって説明する。制御部６３に、レーザ光吸収ベルト３の「設定温度Ｔ０入力」Ｓ１によって設定温度Ｔ０を入力するとともに、「温度測定」Ｓ２によって測定部６１で測定したレーザ光吸収ベルト３の「測定温度Ｔ１」を入力する。制御部６３では、「設定温度Ｔ０と測定温度Ｔ１との比較」Ｓ３によって測定温度Ｔ１と設定温度Ｔ０とを比較し、「Ｔ０＜Ｔ１」ならば「温度差算出」Ｓ４によって測定温度Ｔ１と設定温度Ｔ０との差を求める。次に、「冷却条件の設定」Ｓ５によって、温度差Ｔ０−Ｔ１から冷却条件として、冷却をブロアで行う場合には、冷風の温度、時間当たりの風量、冷却時間等を導出する。また、ロール内に冷媒を通して冷却を行う場合には、冷媒の温度、時間当たりの流量、冷却時間等を導出する。なお、温度差Ｔ０−Ｔ１に対応する冷却条件は予め調べておき、その結果に基づいて冷却条件が設定される。また、レーザ光吸収ベルト３の冷やし過ぎによるレーザ光吸収ベルト３の結露を防ぐために、レーザ光吸収ベルト３を冷やし過ぎないようにする必要がある。次に、「冷却条件による冷却指示」Ｓ６によって、冷却部６２にレーザ光吸収ベルト３の冷却を指示する。「冷却指示」を受けた冷却部６２は「冷却実施」Ｓ７によってレーザ光吸収ベルト３を冷却する。その後、「次の温度測定実施の判断」Ｓ８を行う。再度、温度測定を実施する場合には、再び「温度測定」Ｓ２以降を行う。実施しない場合には「冷却終了」Ｓ９となる。また、上記「設定温度Ｔ０と測定温度Ｔ１との比較」Ｓ３によって、「Ｔ０≧Ｔ１」ならば「冷却部作動せず」Ｓ１０によって冷却部６２を作動させずに、「次の温度測定実施の判断」Ｓ８以降を行う。なお、上記冷却シーケンスに関しては開ループ制御であるが、冷却後のレーザ光吸収ベルト３の温度を測定し、その温度を冷却条件にフィードバックして、新たに冷却条件を設定し直すような閉ループ制御の冷却を行うこともできる。
【００２５】
このように、レーザ光吸収ベルト３の加熱し過ぎを防ぐために冷却を行うことによって、レーザ光吸収ベルト３を一定の温度に保持することができ、レーザ光Ｌの照射によるレーザ光吸収ベルト３の照射位置における温度むらが抑えられ、精密な温度制御による積層シート７の融着が行える。これによって、レーザ光吸収ベルト３と積層シート７との貼り付き、積層シートの融着幅の拡大、積層シート７の融着し過ぎによる穴あきや焦げの発生を防ぐことができる。またレーザ光吸収ベルト３の加熱し過ぎを抑制することで、積層シート７の不必要の融着を未然に防ぐことができる。このように、レーザ光吸収ベルト３を冷却して所定の温度に保持する温度制御部６が備えられたことによって、融着品質の向上が図れる。
【００２６】
上述の本発明のシート接合装置１は、複数枚のシートが融着されたシート融着体を製造する一例として、吸収性物品としての生理用ナプキンを構成する積層シートの接合に好ましく用いられる。
前記図２に示すように、上述したシート接合装置１を用いて、積層シート７に、生理用ナプキンの輪郭に沿った融着部を形成する。図示した図形９は融着部を形成するためにレーザ光吸収ベルト３に照射されたレーザ光Ｌの軌跡である。なお、回転ロール２の周速度と、積層シート７およびレーザ光吸収ベルト３の搬送速度は同等である。
シート接合装置１では、矢印Ａ方向に送給されるレーザ光吸収ベルト３の表面におけるレーザ光Ｌの照射軌跡が、生理用ナプキンの輪郭に沿う図形９ａ、図形９ｂとなるように、レーザ光Ｌを走査する。または、シート接合装置１では、照射部５を一対備えており、一方の照射部５のレーザ光走査部５２によって、生理用ナプキンの幅方向中央を通る直線９ｃを境にして一方の側の融着部を形成するようにレーザ光Ｌを図形９ａに沿って走査し、他方の照射部５のレーザ光走査部５２によって、直線９ｃを境にして他方の側の融着部を形成するようにレーザ光Ｌを図形９ｂに沿って走査する。したがって、この場合は、一対の照射部５によって照射されたレーザ光Ｌの照射軌跡は、直線９ｃを境にして線対称の図形９ａ、図形９ｂとなり、生理用ナプキンの輪郭に沿うものとなる。
【００２７】
生理用ナプキンのように、曲面上での加工によりスポット径が変化する場合、照射部５に、３次元焦点合わせ機能を有するレーザ加工装置を用いることで、照射位置ごとにレーザ加工装置側で焦点距離を変化させてスポット径を一定にすることができる。照射位置ごとの焦点距離は、加工面の曲率よりレーザ加工装置のレーザ光射出側のレンズ面から加工面までの距離を計算して求めればよい。またレーザ光を相対速度一定で走査する方法としては、積層シート７とレーザ光照射点のＹ方向相対速度Ｖｙ’とレーザ光照射点のＸ方向移動速度Ｖｘを求め、それらの合成速度であるシート積層体７とレーザ光照射点との相対速度Ｖが一定となる（参考例として特開２０１０―１８８６２９号公報参照。）ように制御すればよい。
また、生理用ナプキンでは、その中心部と外側部とでは大きく厚みが異なる場合がある。このような場合、レーザ光吸収ベルト３にある程度の弾性をもたせることにより柔軟に変形するようにすることで、積層シート７の厚みに依存することなくレーザ光吸収ベルト３を積層シート７の表面に押し圧させることができる。また回転ロール２の表面をスポンジのような柔軟性素材とすることで、積層シート７の厚い部分を回転ロール２の表面側に埋めるようにして、レーザ光吸収ベルト３を積層シート７の表面形状に沿うように密着させることができる。
【００２８】
このように融着された生理用ナプキンは、図６に示すように、生理用ナプキン１００の輪郭にそって積層シート７の融着部８が作製される。
【００２９】
また、上述の本発明のシート接合装置１は、複数枚のシートが融着されたシート融着体を製造する別の一例として、吸収性物品としてのおむつのサイドシールの接合に好ましく用いられる。
シート接合装置１（図１等参照）を用いて、図７に示すように、おむつ２００が幅方向に連続した構成のおむつ連続体２０１（積層シート７）に対して、レーザ光吸収ベルト３を密着させて、レーザ光吸収ベルト３表面にレーザ光を照射することで、おむつ連続体２０１に融着部２１０を作製する。この融着部２１０は、おむつ連続体２０１の搬送方向（矢印Ａ方向：ＭＤ方向）に直交する方向（ＣＤ方向）に延びて配される。
【００３０】
おむつ２００のサイドシールの接合でも、前述の生理用ナプキンの場合と同様にして、厚さの異なる部分を有するおむつ連続体２０１にレーザ光吸収ベルト３を密着させることができる。
【００３１】
そしておむつ連続体２０１を個々のおむつに分断した後には、図８に示すように、個々のおむつ２００の側部に位置するサイドシール部２０９（融着部２１０）となるものである。サイドシール部２０９は、着用者の背側に配される背側部２０２の両側縁部２０３と腹側に配される腹側部２０４の両側縁部２０５とを接合して、ウエスト開口部２０６および一対のレッグ開口部２０７、２０８を構成するものである。
【符号の説明】
【００３２】
１ シート接合装置
２ 回転ロール
３ レーザ光吸収ベルト（回転ベルトのベルト部）
４ ベルト送給部
５ 照射部
６ 温度制御部
７ 積層シート
Ｌ レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート接合装置に関し、特にはレーザ光を利用した積層不織布等の積層シートを熱溶着により接合するシート接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、不織布やフィルムなどのシートを積層させて接合する場合には、一般的にはヒートロール装置や超音波接合装置が用いられてきたが、最近ではレーザ光を用いる溶着技術が提案されている。
特許文献１には、レーザ光を吸収するレーザ吸収板上に光透過性の第１、第２の樹脂フィルムを配し、レーザ光を透過する押圧板で第１、第２の樹脂フィルムを押さえる。この状態で、押圧板と第１、第２の樹脂フィルムとを透過させたレーザ光をレーザ吸収板に照射し、レーザ吸収板を加熱し、その熱を利用して第１、第２の樹脂フィルム同士を溶着させる技術が開示されている。しかし、レーザ光を透過する第１、第２の樹脂フィルムしか融着できない。
特許文献２には、レーザ光を透過する円筒状の第１ローラの周面に、レーザ光透過性の上部材料とレーザ光が不透過の下部材料を順に巻き付け、第１ローラの内側から第１ローラと上部材料を透過させて下部材料にレーザ光を照射してその下部材料を加熱する。その熱によって、上部、下部材料の接触面を融解させて互いを接合する技術が開示されている。しかし、レーザ光透過性を有する上部材料とレーザ光不透過性の下部材料との溶着しかできない。このように、特許文献１、２の発明では、溶着材料の材質に制限があった。
【０００３】
特許文献３には、回転ロールとの間に少なくとも２枚重ねのプラスチックフィルムを導き押圧し得る押さえロールを備え、回転ロールの内部側から回転ロールの周面に配したレーザ光吸収部材にレーザ光を照射し、この吸収部材を加熱することでプラスチックフィルム同士を溶着する技術が開示されている。しかし、回転ロールの周面と押さえロールの周面とが接触する線上で融着を行うため、複雑な形状にプラスチックフィルム同士を融着することが困難であった。また、特許文献２，３の発明では、レーザ光を透過する回転ロールが必要であり、設備コストがかかるという問題があった。
【０００４】
特許文献４には、レーザ光を透過する回転ロールの内側より回転ロールを透過させて、回転ロールの周面に押し圧したシート積層体にレーザ光を照射して、そのシート積層体を加熱溶融させる技術が開示されている。しかし、レーザ光を吸収するシート積層体しか融着できず、特許文献１、２の発明と同様に、溶着材料の材質に制限があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０５０５１３号公報
【特許文献２】特開２００４−００１５０７号公報
【特許文献３】特開２００９−２０２５０２号公報
【特許文献４】特開２０１０−１８８６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、レーザ光の透過性、不透過性等の光学的特性の制限を受けることなく、任意の形状に、低い設備コストで、積層シートのシート同士を融着により接合ができるシート接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数枚のシートが重ねられた積層シートを周面に沿わせて送給する回転ロールと、レーザ光の照射部分が発熱するとともに前記回転ロールの周面と前記積層シートとを密接させる回転ベルトと、前記回転ベルトにレーザ光を照射する照射部を備え、前記レーザ光の照射により発熱した前記回転ベルトの熱で前記積層シートのシート同士を融着するレーザ接合装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のシート接合装置は、レーザ光の透過性、不透過性等の光学的特性の制限を受けることなく、任意の形状に、低い設備コストで、積層シートのシート同士を融着により接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のシート接合装置の好ましい一実施形態を示した構成図である。
【図２】本発明のシート接合装置の照射部の好ましい一例を示した構成図である。
【図３】本発明のシート接合装置を用いた溶着時の熱の移動状態を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明のシート接合装置に用いる温度制御部を示したブロック図である。
【図５】本発明のシート接合装置に用いる温度制御部のシーケンスを示したフローチャートである。
【図６】本発明のシート接合装置を用いて製造するのに好適な吸収性物品としての生理用ナプキンの一例を示した斜視図である。
【図７】本発明のシート接合装置を用いて製造するのに好適な吸収性物品としてのおむつの製造工程の一例を示した平面図および部分拡大図である。
【図８】本発明のシート接合装置を用いて製造したおむつの一例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係るシート接合装置の好ましい一実施形態について、図１を参照しながら、以下に説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明のシート接合装置１は、回転ロール２と、複数枚のシートが重ねられた構成の積層シート７を回転ロール２の周面の一部に沿わせて搬送する回転ベルトのベルト部であるレーザ光吸収ベルト３と、このレーザ光吸収ベルト３を回転ロール２の周速度に合わせて送給するベルト送給部４と、積層シート７に対してレーザ光Ｌを走査しながら照射する照射部５とを備える。
回転ロール２は、その回転中心に配した回転軸２１を中心にして矢印Ａ方向に回転可能になっていて、回転軸２１は回転自在に軸受（図示せず）によって支持されている。この回転軸は、モータ等の回転駆動装置（図示せず）によって駆動される。また、回転ロール２の表面２２は、少なくとも金属で構成されていることが好ましく、そのような金属としては、好ましくはステンレス、アルミニウム、銅等が挙げられ、耐熱性、熱伝導性、耐腐食性の点からステンレス（融点：１４００〜１５００℃、熱伝導率：１５６．７〜２０．９Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）が好ましいが、放熱性を重視する場合には、熱伝導率に優れたアルミニウム（融点：６６０℃、熱伝導率：２３６Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、銅（融点：１０８３℃、熱伝導率：３９８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）等を用いることが好ましい。
【００１２】
また、回転ロール２の上端部から積層シート７の搬送方向下流側にかけての周面には、レーザ光吸収ベルト３によって積層シート７を周面に圧接する回転ベルトのベルト送給部４が備えられている。ベルト送給部４は、３本のロール４１、４２、４３によってレーザ光吸収ベルト３が矢印Ｂ方向に回転自在にかつ積層シート７を介して回転ロール２の表面方向に押し圧するように支持されているものである。ロール４１は、回転ロール２の周面上端部に積層シート７を介してレーザ光吸収ベルト３を回転ロール２の周面方向に押し圧するように配される。また、ロール４３は、回転ロール２の上端部より積層シート７の搬送方向下流側に角度θだけずらした位置に、積層シート７を介してレーザ光吸収ベルト３１を回転ロール２の周面方向に押し圧するように配される。この角度θは、熱により溶融した積層シート７を加圧状態で冷却し凝固させる時間を確保するという理由から、好ましくは４５〜１８０度であり、より好ましくは９０〜１３５度である。さらにロール４２は、ロール４１、４３間で回転ロール２の周面から離間した位置に配されている。３本のロール４１、４２、４３は、それぞれの軸心に配された回転軸が軸受（図示せず）によって回転自在に支持されることで回転自在になっている。また、いずれかの回転軸にはロールの回転軸を回転駆動させる駆動装置（図示せず）が接続されている。さらに、ロール４１、４３の回転軸の軸受には、ロール４１、４３を介してレーザ光吸収ベルト３を回転ロール２の周面方向に所望の圧力で押し当てる加圧装置（図示せず）が備えられていることが好ましい。その圧力は、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とが密着し、かつ積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とが合わさった状態で容易に搬送される圧力であることが好ましい。したがって、積層シート７は、回転ロール２の周面において滑ることなく、その搬送速度は、回転ロール２の周速度と同等になることが好ましい。すなわち、レーザ光吸収ベルト３の表面速度と回転ロール２の周面の回転方向の速度は同速度になるように制御されていることが好ましい。なお、図１ではベルト送給部４は回転ロール２の左側上部に位置しているが、ベルト送給部４の位置は、例えば右側下部等など回転ロール２の周面に対して任意に設けることができる。
【００１３】
レーザ光吸収ベルト３は、無端ベルトであり、積層シート７の幅と同等もしくはそれ以上の幅を有することが好ましく、レーザ光を吸収しやすく、加熱されやすく、ベルトとしての耐久性を有するものが好ましい。例えば、近赤外レーザ光を吸収しやすい、ステンレス、鉄、銅、タングステン、モリブデン等の金属、またはレーザによる発熱に耐えかつレーザ光を吸収する色材等を含む樹脂材で構成されている。レーザ光吸収ベルト３は、レーザ照射によって発熱した部分の広がりを抑える観点から熱伝導率が低いことがより好ましく、例えば、ステンレス、鉄等の金属が挙げられる。また、レーザ光吸収ベルト３は、積層シートとの貼り付きを防止する観点からベルト表面にフッ素樹脂コーティングやセラミックコーティング等の表面加工を施してもよい。
【００１４】
回転ロール２は、積層シート７が回転ロール２の表面でスリップせずに積層シート７を確実に搬送するためには、積層シート７のレーザ光が照射される幅より外側を吸引保持する吸引孔を備える、または回転ロール２の表面に摩擦係数の高い材を用いる、もしくは回転ロール２の表面摩擦が大きくなるように表面処理を施すなどをして、回転ロール２の積層シート７の保持性を高めることが好ましい。さらに、回転ロール２のレーザ光が照射される位置の表面側を裏面側から冷却する冷却手段（図示せず）を有することが好ましい。この冷却手段により、回転ロール２の表面を一定温度に保持することができるので、レーザ光照射条件を常に一定にすることができるため、融着状態を一定にすることができる。
また、回転ロール２の回転軸２２には、常時回転ロール２の回転位置を計測し得るロータリーエンコーダ等の回転位置検出器（図示せず）が設置されていることが好ましい。
【００１５】
次に、照射部５について図２を参照して詳述する。照射部５は、レーザ光吸収ベルト３の回転の内側からレーザ光吸収ベルト３に向けてレーザ光を照射するもので、レーザ光発振部５１、レーザ光走査部５２、制御部５３が備えられている。レーザ光発振部５１は、レーザ光Ｌを発振するレーザ光発振器を備えている。レーザ光走査部５２は、レーザ光発振部５１から発振されたレーザ光Ｌを所望の照射パターンに走査する。制御部５３は、レーザ光吸収ベルト３上に描かれるレーザ光Ｌの照射軌跡を表す図形情報および回転ロール２の回転速度（周速度）、回転角度等の位置情報に基づいて、レーザ光発振部５１にレーザ光Ｌの発振タイミング、レーザ光出力、レーザ光のビーム径、照射時間等の発振条件に加え、パルス発振の場合にはパルス発振周期、パルス幅等のパルス発振条件を指示するとともに、レーザ光走査部５２にレーザ光Ｌの走査速度、走査位置等の走査条件を指示する。さらに制御部５３には、上述の図形情報、レーザ光Ｌの発振条件や、積層シート７やレーザ光吸収ベルト３の厚さ、材質等の材料情報を入力する入力手段（例えば、キーボードと入力表示装置）も備えている。
【００１６】
レーザ光発振部５１のレーザ光発振器は、レーザ光吸収ベルト３の吸収帯域の発振波長を有する。レーザ光吸収ベルト３が金属で構成されている場合、近赤外レーザ光発振器を用いることができる。近赤外レーザ光発振器としては、イッテルビウム（Ｙｂ＋）ドープファイバレーザ光（波長：１０９０ｎｍ）発振器、ネオジム（Ｎｄ＋）ドープＹＡＧレーザ光（波長：１０６４ｎｍ）発振器、ネオジム（Ｎｂ＋）ドープガラスレーザ光（波長：１０６５ｎｍ）発振器等を挙げることができる。特に、レーザ光発振が安定していて、スポットサイズを数十μｍに絞り込めるファイバレーザ光発振器を用いることが好ましい。
【００１７】
レーザ光走査部５２は、レーザ光Ｌの焦点距離を可変に制御するＺ軸方向の制御システム５４、レーザ光ＬをＸＹ方向に走査する反射光学系５５、５６を備えている。図面では、Ｘ軸をＭＤ方向、Ｙ軸をＣＤ方向としている。ＭＤ方向とは、機械方向であり積層シート７の接合時における積層シート７の送給方向（矢印Ａ方向）であり、ＣＤ方向とはＭＤ方向に対して直交する方向である。
制御システム５４は、複数のレンズの組み合わせにより構成され、その一部のレンズをＺ軸方向に移動することでレーザ光Ｌの焦点位置をＺ軸方向に移動させる機能を有する、いわゆるズームレンズの構成を有する。したがって、レーザ光Ｌの焦点位置合わせや焦点はずし量を調整することができる。反射光学系５５、５６は、共に反射ミラー５７（５７ａ、５７ｂ）とミラー制御部５８（５８ａ、５８ｂ）とを有し、それぞれのミラー制御部５８ａ、５８ｂによりそれぞれ反射ミラー５７ａ、５７ｂの回転角度を制御することで、回転ロール２の周面に積層シート７を介して沿わせたレーザ光吸収ベルト３の表面に、レーザ光Ｌを走査して、所望の図形９の融着形状を作製する。ミラー制御部５８のそれぞれには、反射ミラー５７を矢印Ｃ方向、Ｄ方向に回転駆動する駆動装置を備えている。この駆動装置としては、サーボモータを用いることが好ましい。また、温度変化による反射ミラー５７の角度等の反射位置を補正する補正機構（図示せず）を備えていてもよい。
【００１８】
次に、本発明のシート接合装置１を用いた積層シート７の接合方法を以下に説明する。回転ロール２を矢印Ａ方向に回転するとともに積層シート７を回転ロール２の周面に送給する。そしてレーザ光吸収ベルト３によって積層シート７を回転ロール２の周面方向に所定の圧力で押しつけるように、レーザ光吸収ベルト３や積層シート７の厚さに応じてベルト送給部４のローラ４１、４３の位置を調整する。このようにして回転ロール２を矢印Ａ方向に回転するとともにレーザ光吸収ベルト３を矢印Ｂ方向に送給することで、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とは、互いに密着した状態で回転ロール２の周面に沿って送給される。このとき、予め制御部５３に入力されていた図形情報に基づいて、制御部５３は、レーザ光発振部５１に所定の発振条件にてレーザ光Ｌを発振させ、レーザ光走査部５２により図形情報に基づいて発振されたレーザ光Ｌを走査させ、レーザ光吸収ベルト３の表面に図形情報に基づいた照射軌跡となる図形９を描き、積層シート７のシート同士を融着する。
【００１９】
上記融着過程の詳細について、図３を参照して以下に説明する。図３に示すように、回転ロール２の周面にレーザ光吸収ベルト３によって積層シート７が押し圧され、それによってレーザ光吸収ベルト３と積層シート７とが密着している。この状態で、レーザ光Ｌを走査しながらレーザ光吸収ベルト３の表面に照射する。レーザ光Ｌが照射されたレーザ光吸収ベルト３の照射領域は、光エネルギーが熱エネルギーに変換されて加熱される。その加熱領域３Ｈの熱によってレーザ光吸収ベルト３に密着している積層シート７（シート７ａ、７ｂ）が加熱、溶融され、シート７ａ、７ｂ間の界面同士が融着される。なお、熱伝導の性質上、レーザ光Ｌの照射領域よりも広くレーザ光吸収ベルト３は加熱され、レーザ光吸収ベルト３の加熱領域３Ｈよりも広く積層シート７が加熱される。なお、図面では点線の矢印によって伝熱の方向を模式的に表した。したがって、積層シート７の伝熱領域７Ｈは加熱領域３Ｈより広くなるが、積層シート７の融着に寄与する融着領域７Ｍは、伝熱領域７Ｈより狭くなる。融着領域７Ｍは、レーザ光Ｌの照射条件、レーザ光吸収ベルト３の材質等によって、レーザ光吸収ベルト３表面におけるレーザ光Ｌのスポットサイズよりも狭くすることもできるし、逆に広くすることもできる。
【００２０】
上述した本発明のシート接合装置１では、以下のような作用効果が得られる。
レーザ光吸収ベルト３のレーザ光照射部分の発熱を利用して積層シート７を間接的に加熱し融着しているため、積層シート７は、レーザ光Ｌの透過性、不透過性等の光学的特性の制限を受けない。したがって、積層シート７には、レーザ光吸収ベルト３の発熱で融着可能な材料であれば、いかなる材料も用いることができる。さらに積層シート７をレーザ光Ｌが透過しないので、積層シート７による表面反射、内部散乱等によるレーザ光Ｌのエネルギー損失が抑えられる。
また、回転ロール２の周面に、ある程度の面積を有して積層シート７とレーザ光吸収ベルト３とが密着するので、レーザ光走査部５２によりレーザ光Ｌを任意の図形に走査することが容易になる。したがって複雑な形状の図形であっても、所望の図形に積層シート７のシート同士を融着させることができる。よって、積層シート７は融着形状に制限を受けない。
また、回転ロール２に光透過性のロールを用いる必要がなく、例えばレーザ光にＣＯ２レーザ光を用いる場合であってもジンクセレンのような特殊なレーザ光透過材料を用いる必要もない。またレーザ光透過材による押さえ材も必要ない。このようにレーザ光Ｌを何等かのレーザ光透過材を透過してレーザ光吸収ベルト３に照射する必要がないため、装置コストが低減できるとともに、装置構成が簡単になるので作業効率が高められる。
【００２１】
レーザ光走査部５２からレーザ光吸収ベルト３に光透過性材料を介さずレーザ光Ｌを直接照射することから、レーザ光Ｌの出力、照射時間等の発振条件を調整することで、レーザ光吸収ベルト３のレーザ光照射部分の温度を容易に制御することができる。これによって、積層シート７の融着温度を制御することが容易になるので、積層シート７を過不足なく融着することができる。一方、融着温度が高すぎると、積層シート７に穴が開く、融着部分が硬くなる等の問題が発生することがある。逆に融着温度が低すぎると、積層シート７の一部が融着できない、もしくは全く融着できないことが生じる。したがって、積層シート７の融着温度を制御できることは重要になっている。
回転ロール２の周面を利用して積層シート７をレーザ光吸収ベルト３で押し当てて、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３を密着させているので、均一に密着でき、密着性を高めることができるので、融着むらを抑えることができる。一方、積層シート７とレーザ光吸収ベルト３の密着性が不十分であると、融着むらを生じることがある。
また、レーザ光吸収ベルト３を押さえる押さえ材を用いないため、レーザ光照射側の熱損失は熱放射が主であり、押さえ材への伝熱による損失がないので、熱損失が低減できる。
さらに回転ロール２の周面より外側に照射部５が存するので、装置構成が簡単になり、特に照射部５のメンテナンスが容易になる。
【００２２】
上記シート接合装置１では、連続的にシート接合を行うと、レーザ光吸収ベルト３が加熱されて熱くなる場合がある。このような場合には、前記図１に示したように、レーザ光吸収ベルト３を設定温度以下に冷却する温度制御部６を備えることが好ましい。以下、図４および図５を参照して、温度制御部６について説明する。
【００２３】
図４に示すように、温度制御部６は、測定部６１、冷却部６２および制御部６３を備える。測定部６１は、レーザ光吸収ベルト３の温度を計測するもので、放射温度計や赤外線カメラを用いることができ、レーザ光吸収ベルト３の表面温度を直接測定することができる。またはレーザ光吸収ベルト３に接触しているロール４１（前記図１参照。）に熱電対を配置し、温度測定を間接的に行う構成であってもよい。冷却部６２は、レーザ光吸収ベルト３を冷却するものであって、例えば、冷風をレーザ光吸収ベルト３表面に吹き付けるブロアを備えている。この場合の冷却条件としては、冷風の温度、吹き付け時間等が挙げられる。この冷却部６２は冷風を吹き付ける以外の冷却手段であってもよい。例えば、ロール４２内およびロール４３（前記図１参照。）内のいずれか一方または両方に冷媒を通して、間接的にレーザ光吸収ベルト３を冷却する構成であってもよい。制御部６３は、測定部６１で測定したレーザ光吸収ベルト３の測定温度に基づいてレーザ光吸収ベルト３が設定温度以下になるように冷却部６２の冷却動作を指示するものである。例えば、測定部６１に温度測定を指示し、測定部６１から送信された測定温度と予め設定しておいた設定温度とを比較し、その差分に相当する温度の冷却条件を算出して、算出した冷却条件を冷却部６２に指示して、レーザ光吸収ベルト３が設定温度になるように冷却を指示するものである。
【００２４】
次に上記温度制御部６による冷却のシーケンスの好ましい一例を、図５によって説明する。制御部６３に、レーザ光吸収ベルト３の「設定温度Ｔ０入力」Ｓ１によって設定温度Ｔ０を入力するとともに、「温度測定」Ｓ２によって測定部６１で測定したレーザ光吸収ベルト３の「測定温度Ｔ１」を入力する。制御部６３では、「設定温度Ｔ０と測定温度Ｔ１との比較」Ｓ３によって測定温度Ｔ１と設定温度Ｔ０とを比較し、「Ｔ０＜Ｔ１」ならば「温度差算出」Ｓ４によって測定温度Ｔ１と設定温度Ｔ０との差を求める。次に、「冷却条件の設定」Ｓ５によって、温度差Ｔ０−Ｔ１から冷却条件として、冷却をブロアで行う場合には、冷風の温度、時間当たりの風量、冷却時間等を導出する。また、ロール内に冷媒を通して冷却を行う場合には、冷媒の温度、時間当たりの流量、冷却時間等を導出する。なお、温度差Ｔ０−Ｔ１に対応する冷却条件は予め調べておき、その結果に基づいて冷却条件が設定される。また、レーザ光吸収ベルト３の冷やし過ぎによるレーザ光吸収ベルト３の結露を防ぐために、レーザ光吸収ベルト３を冷やし過ぎないようにする必要がある。次に、「冷却条件による冷却指示」Ｓ６によって、冷却部６２にレーザ光吸収ベルト３の冷却を指示する。「冷却指示」を受けた冷却部６２は「冷却実施」Ｓ７によってレーザ光吸収ベルト３を冷却する。その後、「次の温度測定実施の判断」Ｓ８を行う。再度、温度測定を実施する場合には、再び「温度測定」Ｓ２以降を行う。実施しない場合には「冷却終了」Ｓ９となる。また、上記「設定温度Ｔ０と測定温度Ｔ１との比較」Ｓ３によって、「Ｔ０≧Ｔ１」ならば「冷却部作動せず」Ｓ１０によって冷却部６２を作動させずに、「次の温度測定実施の判断」Ｓ８以降を行う。なお、上記冷却シーケンスに関しては開ループ制御であるが、冷却後のレーザ光吸収ベルト３の温度を測定し、その温度を冷却条件にフィードバックして、新たに冷却条件を設定し直すような閉ループ制御の冷却を行うこともできる。
【００２５】
このように、レーザ光吸収ベルト３の加熱し過ぎを防ぐために冷却を行うことによって、レーザ光吸収ベルト３を一定の温度に保持することができ、レーザ光Ｌの照射によるレーザ光吸収ベルト３の照射位置における温度むらが抑えられ、精密な温度制御による積層シート７の融着が行える。これによって、レーザ光吸収ベルト３と積層シート７との貼り付き、積層シートの融着幅の拡大、積層シート７の融着し過ぎによる穴あきや焦げの発生を防ぐことができる。またレーザ光吸収ベルト３の加熱し過ぎを抑制することで、積層シート７の不必要の融着を未然に防ぐことができる。このように、レーザ光吸収ベルト３を冷却して所定の温度に保持する温度制御部６が備えられたことによって、融着品質の向上が図れる。
【００２６】
上述の本発明のシート接合装置１は、複数枚のシートが融着されたシート融着体を製造する一例として、吸収性物品としての生理用ナプキンを構成する積層シートの接合に好ましく用いられる。
前記図２に示すように、上述したシート接合装置１を用いて、積層シート７に、生理用ナプキンの輪郭に沿った融着部を形成する。図示した図形９は融着部を形成するためにレーザ光吸収ベルト３に照射されたレーザ光Ｌの軌跡である。なお、回転ロール２の周速度と、積層シート７およびレーザ光吸収ベルト３の搬送速度は同等である。
シート接合装置１では、矢印Ａ方向に送給されるレーザ光吸収ベルト３の表面におけるレーザ光Ｌの照射軌跡が、生理用ナプキンの輪郭に沿う図形９ａ、図形９ｂとなるように、レーザ光Ｌを走査する。または、シート接合装置１では、照射部５を一対備えており、一方の照射部５のレーザ光走査部５２によって、生理用ナプキンの幅方向中央を通る直線９ｃを境にして一方の側の融着部を形成するようにレーザ光Ｌを図形９ａに沿って走査し、他方の照射部５のレーザ光走査部５２によって、直線９ｃを境にして他方の側の融着部を形成するようにレーザ光Ｌを図形９ｂに沿って走査する。したがって、この場合は、一対の照射部５によって照射されたレーザ光Ｌの照射軌跡は、直線９ｃを境にして線対称の図形９ａ、図形９ｂとなり、生理用ナプキンの輪郭に沿うものとなる。
【００２７】
生理用ナプキンのように、曲面上での加工によりスポット径が変化する場合、照射部５に、３次元焦点合わせ機能を有するレーザ加工装置を用いることで、照射位置ごとにレーザ加工装置側で焦点距離を変化させてスポット径を一定にすることができる。照射位置ごとの焦点距離は、加工面の曲率よりレーザ加工装置のレーザ光射出側のレンズ面から加工面までの距離を計算して求めればよい。またレーザ光を相対速度一定で走査する方法としては、積層シート７とレーザ光照射点のＹ方向相対速度Ｖｙ’とレーザ光照射点のＸ方向移動速度Ｖｘを求め、それらの合成速度であるシート積層体７とレーザ光照射点との相対速度Ｖが一定となる（参考例として特開２０１０―１８８６２９号公報参照。）ように制御すればよい。
また、生理用ナプキンでは、その中心部と外側部とでは大きく厚みが異なる場合がある。このような場合、レーザ光吸収ベルト３にある程度の弾性をもたせることにより柔軟に変形するようにすることで、積層シート７の厚みに依存することなくレーザ光吸収ベルト３を積層シート７の表面に押し圧させることができる。また回転ロール２の表面をスポンジのような柔軟性素材とすることで、積層シート７の厚い部分を回転ロール２の表面側に埋めるようにして、レーザ光吸収ベルト３を積層シート７の表面形状に沿うように密着させることができる。
【００２８】
このように融着された生理用ナプキンは、図６に示すように、生理用ナプキン１００の輪郭にそって積層シート７の融着部８が作製される。
【００２９】
また、上述の本発明のシート接合装置１は、複数枚のシートが融着されたシート融着体を製造する別の一例として、吸収性物品としてのおむつのサイドシールの接合に好ましく用いられる。
シート接合装置１（図１等参照）を用いて、図７に示すように、おむつ２００が幅方向に連続した構成のおむつ連続体２０１（積層シート７）に対して、レーザ光吸収ベルト３を密着させて、レーザ光吸収ベルト３表面にレーザ光を照射することで、おむつ連続体２０１に融着部２１０を作製する。この融着部２１０は、おむつ連続体２０１の搬送方向（矢印Ａ方向：ＭＤ方向）に直交する方向（ＣＤ方向）に延びて配される。
【００３０】
おむつ２００のサイドシールの接合でも、前述の生理用ナプキンの場合と同様にして、厚さの異なる部分を有するおむつ連続体２０１にレーザ光吸収ベルト３を密着させることができる。
【００３１】
そしておむつ連続体２０１を個々のおむつに分断した後には、図８に示すように、個々のおむつ２００の側部に位置するサイドシール部２０９（融着部２１０）となるものである。サイドシール部２０９は、着用者の背側に配される背側部２０２の両側縁部２０３と腹側に配される腹側部２０４の両側縁部２０５とを接合して、ウエスト開口部２０６および一対のレッグ開口部２０７、２０８を構成するものである。
【符号の説明】
【００３２】
１ シート接合装置
２ 回転ロール
３ レーザ光吸収ベルト（回転ベルトのベルト部）
４ ベルト送給部
５ 照射部
６ 温度制御部
７ 積層シート
Ｌ レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のシートが重ねられた積層シートを周面に沿わせて送給する回転ロールと、
レーザ光の照射部分が発熱するとともに前記回転ロールの周面と前記積層シートとを密接させる回転ベルトと、
前記回転ベルトにレーザ光を照射する照射部を備え、
前記レーザ光の照射により発熱した前記回転ベルトの熱で前記積層シートのシート同士を融着するシート接合装置。
【請求項２】
前記レーザ光の照射は、前記回転ベルトの回転の内側から前記回転ベルトに向けて行われる
請求項１記載のシート接合装置。
【請求項３】
前記照射部は、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、発振されたレーザ光をＸＹＺ軸方向に走査するレーザ光走査部と、前記回転ロールの周面の一部に積層シートを介して沿わせた回転ベルトの表面における前記レーザ光の照射軌跡が所望の図形を描くように制御する制御部を有する
請求項１記載のシート接合装置。
【請求項４】
前記回転ベルトは、レーザ光の照射部分が発熱するベルト部と、該ベルト部と前記積層シートとを合わせた状態で前記回転ロールの周面にそって前記ベルト部を送給するベルト送給部とを有し、
前記ベルト部を連続的に回転させる複数のロールを備えている
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシート接合装置。
【請求項５】
前記レーザ光吸収ベルトの温度を計測する測定部と、
前記レーザ光の照射前の前記レーザ光吸収ベルトが設定温度になるように冷却する冷却部と、
前記測定部で測定した前記レーザ光吸収ベルトの温度に基づいて前記レーザ光吸収ベルトが前記設定温度になるように前記冷却部に冷却条件を指示する温度制御部を有する
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ接合装置を用い、複数枚のシートが融着されたシート融着体を製造する工程を含むシート融着体の製造方法。
【請求項１】
複数枚のシートが重ねられた積層シートを周面に沿わせて送給する回転ロールと、
レーザ光の照射部分が発熱するとともに前記回転ロールの周面と前記積層シートとを密接させる回転ベルトと、
前記回転ベルトにレーザ光を照射する照射部を備え、
前記レーザ光の照射により発熱した前記回転ベルトの熱で前記積層シートのシート同士を融着するシート接合装置。
【請求項２】
前記レーザ光の照射は、前記回転ベルトの回転の内側から前記回転ベルトに向けて行われる
請求項１記載のシート接合装置。
【請求項３】
前記照射部は、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、発振されたレーザ光をＸＹＺ軸方向に走査するレーザ光走査部と、前記回転ロールの周面の一部に積層シートを介して沿わせた回転ベルトの表面における前記レーザ光の照射軌跡が所望の図形を描くように制御する制御部を有する
請求項１記載のシート接合装置。
【請求項４】
前記回転ベルトは、レーザ光の照射部分が発熱するベルト部と、該ベルト部と前記積層シートとを合わせた状態で前記回転ロールの周面にそって前記ベルト部を送給するベルト送給部とを有し、
前記ベルト部を連続的に回転させる複数のロールを備えている
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシート接合装置。
【請求項５】
前記レーザ光吸収ベルトの温度を計測する測定部と、
前記レーザ光の照射前の前記レーザ光吸収ベルトが設定温度になるように冷却する冷却部と、
前記測定部で測定した前記レーザ光吸収ベルトの温度に基づいて前記レーザ光吸収ベルトが前記設定温度になるように前記冷却部に冷却条件を指示する温度制御部を有する
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ接合装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ接合装置を用い、複数枚のシートが融着されたシート融着体を製造する工程を含むシート融着体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７１２８２（Ｐ２０１３−７１２８２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０４７３（Ｐ２０１１−２１０４７３）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
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