シート高速切断装置
【課題】高速切断が可能であり、構造がコンパクトで、故障しにくいシート高速切断装置を提供する。
【解決手段】走行中のシートＳの入側に配置された入側ニップロール１、および出側に配置された出側ニップロール２と、入側ニップロール１と出側ニップロール２との間に配置された切断部３とからなり、切断部３は、転軸４に取付けられた平板状の切断刃５とからなり、切断刃５は、切断中に、その刃先がシートＳの走行方向に沿って揺動する。走行中のシートを入側ニップロール１と出側ニップロール２で挟んでシートＳに走行方向の張力をかけた状態で回転軸４を回転させると切断刃５も回転し、シートＳを切断する。切断刃５はシートＳの走行方向に沿って回転するので、シートＳの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる。
【解決手段】走行中のシートＳの入側に配置された入側ニップロール１、および出側に配置された出側ニップロール２と、入側ニップロール１と出側ニップロール２との間に配置された切断部３とからなり、切断部３は、転軸４に取付けられた平板状の切断刃５とからなり、切断刃５は、切断中に、その刃先がシートＳの走行方向に沿って揺動する。走行中のシートを入側ニップロール１と出側ニップロール２で挟んでシートＳに走行方向の張力をかけた状態で回転軸４を回転させると切断刃５も回転し、シートＳを切断する。切断刃５はシートＳの走行方向に沿って回転するので、シートＳの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート高速切断装置に関する。さらに詳しくは、高速でシートを走行させ、かつロール状に巻き取る高速巻取装置に連設して用いられ、シートを所望の長さに高速で切断する切断装置に関する。
本出願人は、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高速巻取装置を開発し、特許出願している（特願２０１１−８８５０２号）。本発明のシート高速切断装置は、前記芯なしロールの高速巻取装置に好適なものであるが、その用途はこれに限られるものではない。
【背景技術】
【０００２】
従来のシート切断装置として、特許文献１〜５がある。
特許文献１，２の装置は上下の刃を走行中のシートに対し直角方向に移動させて、シートをせん断するギロチン型の装置である。この従来技術では、切断作用中の刃はシートの走行を妨げる位置で昇降するので、いかに刃の昇降動作を早くしても、原理的に高速度で切断することはできないものである。
【０００３】
特許文献３，４の切断装置は、回転ドラムに取付けた刃を走行中のシートに喰い込ませて、シートを切断するロータリー型の装置である。
このロータリー型切断装置では、シートの長さ方向（走行方向）の切断長さが小さい場合は、回転ドラムの直径を小さくできるので高速切断が可能であるが、切断長さが長くなると高速切断が実用上不可能となる。
すなわち、クッキングペーパーロールのように巻取り長さが５ｍ前後になると、回転ドラムの直径は約１．６ｍ程度の大径にならざるをえないが、このような大径のドラムを高速で回転させるには大馬力の動力源が必要となるし、動力が小さいと回転速度が遅くなるので高速切断できないことになる。したがって、ロータリー型切断装置は高速切断には現実的でない。
【０００４】
特許文献５の切断装置は、クランク機構により円運動する上刃と、この上刃と同期して水平運動する下刃により、走行中のシートを切断するもので、ギロチン型とロータリー型の両方の要素をもっている。
しかるに、この従来技術は、運動部材を数多く使うクランク機構を用いているので、高速化が困難であり、かつシートを切断することにより発生する紙粉が機構部分に堆積するとクランク機構の運動が妨げられ故障しやすいという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４２６２７号公報
【特許文献２】特開２００８−５５５２１号公報
【特許文献３】特開平９−１９３０８７号公報
【特許文献４】特開平１１−３２０４８３号公報
【特許文献５】特開２００５−１１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、高速切断が可能であり、構造がコンパクトで、故障しにくいシート高速切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明のシート高速切断装置は、走行中のシートの入側に配置された入側ニップロール、および出側に配置された出側ニップロールと、前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間に配置された切断部とからなり、該切断部は、回転軸と、該転軸に取付けられた平板状の切断刃とからなり、該切断刃は、切断中に、その刃先がシートの走行方向に沿って揺動することを特徴とする。
第２発明のシート高速切断装置は、第１発明において、前記切断刃は、その刃先がのこ歯状に形成されていることを特徴とする。
第３発明のシート高速切断装置は、第１発明において、前記切断部の回転軸と前記入側ニップロールとを動力的に連絡する動力伝達手段と該動力伝達手段に介装された、前記入側ニップロールの回転動力を前記回転軸に伝達したり遮断するクラッチとを備えていることを特徴とする。
第４発明のシート高速切断装置は、第３発明において、前記クラッチに、常時回転駆動力を入力しておきながら出力軸の回転をロックしておき、切断時に該出力軸のロックを解除するクラッチ制御機構を備えたことを特徴とする。
第５発明のシート高速切断装置は、第１発明において、前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間には、走行中に切断されたシートを上下から保持するシートガイドが設けられており、該シートガイドは、シートの走行方向に延びる線状部材で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、走行中のシートを入側ニップロールと出側ニップロールで挟んでシートに走行方向の張力をかけた状態で回転軸を回転させると切断刃も回転し、その刃先がシートの走行方向に揺動して、シートを切断する。切断刃はシートの走行方向に沿って揺動するので、シートの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる。また、回転する部材は回転軸と平板状の切断刃だけなので、質量が小さくてすみ、この点からも高速回転が可能となる。しかも、構成部材は主として回転部材のみであり、複雑な動きをするリンク機構を用いないので紙粉等による故障も生じにくい。
第２発明によれば、シートに切断刃の刃先が差し込まれたとき、刃先がのこ歯状なので、まず鋭利な切り目が入り、これに入側・出側ニップロールで付与されている張力が作用すると、瞬時にシートが切断される。このため、切断刃によりシートの横断面の全てを切断する前に切断完了するので、高速切断が可能となる。
第３発明によれば、切断刃の回転動力は入側ニップロールから動力伝達手段を介して取っているので、シートに送りをかける入側ニップロールと切断刃とは物理的に同期がとれており、切断作用時における切断刃の揺動速度はシートの走行速度と一致する。このため、切断時にシートを無理に引きちぎったり、逆に切断刃の動作遅れによる切断不良は生じない。しかも、クラッチの入り切りにより、切断タイミングを自由に制御できるので、シートの切断長さを自由に設定できる。
第４発明によれば、クラッチの出力軸の回転をロックしておくとクラッチ内部ですべりが生じ、回転軸と切断刃は停止状態を保っている。そしてロックを外すと、クラッチ内部が瞬時につながり、回転動力が切断刃に伝達され回転する。このため、回転起動時の立ち上がり遅れが生じないので、シート切断長さの制御が正確に行える。
第５発明によれば、シートガイドで切断されたシートの尾端も先端も落下しないように保持しているので、切断後の次のシートの送り出しが詰りを生ずることなく行える。またシートガイドは線状部材がシートの走行方向に延びているだけなので、ニップロールの上下ロールの間の狭い空間にも挿入できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のシート高速切断装置の技術原理説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るシート高速切断装置の平面図である。
【図３】図２のIII−III線矢視側面図である。
【図４】図２のIV−IV線矢視正面図である。
【図５】クラッチまわりの動力伝達経路を示す平面図である。
【図６】クラッチまわりの動力伝達経路を示す側面図である。
【図７】クラッチ制御機構の作動説明図である。
【図８】（Ａ）はシートガイドの正面図、（Ｂ）はシートガイドの平面図である。
【図９】シート切断作用の説明図である。
【図１０】本発明のシート高速切断装置が適用された芯なしロール巻取り設備の全体概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
まず、図１０に基づき、本発明の高速切断装置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、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Ｐｒを回転させて、シートＳを繰り出すと、アキュムレータＡｃと高速切断装置Ａを経て、シートＳは高速巻取装置Ｗｄで巻き取られる。なお原反ロールＬＲとピンチロールＰｒ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。
高速巻取装置Ｗｄの入側には本発明の高速切断装置Ａが配置されるが、この高速切断装置Ａ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。本発明の高速切断装置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。
【００１２】
本発明が適用される巻取設備は、クッキングペーパーやキッチンペーパーをロールに巻き取る設備であり、また直径が１５ｍｍ〜１００ｍｍ位の小巻きロールに巻き取る設備である。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、カットするシートの長さは数１０ｃｍから数１０ｍ位である。つまり、本発明の高速切断装置Ａは、枝葉シートよりも長さが長く、しかし、数１０ｍ以上の長さは有しない中規模の長さにシートを切断する用途に用いられるものである。
【００１３】
切断対象のシートとしては、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、シリコンを含有しないシートも当然に含まれる。
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を含み、切断対象となる材料を単にシートという。
【００１４】
図１に基づき本発明の高速切断装置Ａの技術原理を説明する。
本発明の高速切断装置Ａは、走行中のシートＳの入側に配置された入側ニップロール１と出側に配置された出側ニップロール２との間に配置された切断部３とからなり、切断部３は、回転軸４と、この回転軸４に取付けられた平板状の切断刃５とからなり、切断刃５は、回転中に、その刃先がシートＳの走行方向に沿って回転することを特徴としている。
本発明によれば、走行中のシートＳを入側ニップロール１と出側ニップロール２で挟んでシートＳに走行方向の張力をかけ、その状態で切断刃５を回転させて、その刃先でシートＳを切断する。切断刃５はシートＳの走行方向に沿って回転するので、シートＳの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる点に特徴がある。
【００１５】
つぎに、本発明の一実施形態に係る高速切断装置Ａを説明する。
図２〜図４は高速切断装置Ａの基本的機械構成を示している。
１０は左右の固定フレームであり、これに入側揺動フレーム１１と出側揺動フレーム２１が揺動自在に取付けられている。また、高速切断装置Ａの主たる部材は、この固定フレーム１０と入側・出側揺動フレーム１１，２１を介して組付けられている。
【００１６】
左右２枚の入側揺動フレーム１１は、その外端部が左右の固定フレーム１０の入側の上端部にピン１１ｐで軸支され、内端部が上下に揺動するようになっている。そして、左右２枚の入側揺動フレーム１１の中間部同士の間には、入側ニップロール１の上ロール１Ａが軸受を介して回転自在に軸支されている。
また、左右の入側揺動フレーム１１の内端上部の間には連結バー１２が固定され、この連結バー１２の中間位置には、接圧調整シリンダ１３が連結されている。接圧調整シリンダ１３はエアーシリンダで構成されており、シリンダ１３Ｓは適宜の架構９に牽垂され、ピストンロッド１３ｐが連結バー１２に結合されている。
【００１７】
左右の固定フレーム１０における上ロール１Ａの直下には下ロール１Ｂが軸受を介して回転自在に軸支されている。
上ロール１Ａと下ロール１ＢとはシートＳを挟んで送りをかけるものであるので、所望の接触圧が必要である。前記接圧調整シリンダ１３は、この接触圧を調整するもので、供給エアー圧を加減することにより、接触圧を微妙に調整することができる。また、接圧シリンダ１３を収縮させると、上ロール１Ａが上昇するので、下ロール１Ｂとの間の隙間が大きくなり、最初にシートＳを通す紙通し作業が容易に行える。
【００１８】
左右２枚の出側揺動フレーム２１は、その外端部が左右の固定フレーム１０の出側の上端部にピン２１ｐで軸支され、内端部が上下に揺動するようになっている。そして、左右２枚の出側揺動フレーム２１の中間部同士の間には、出側ニップロール１の上ロール２Ａが軸受を介して回転自在に軸支されている。
また、左右の出側揺動フレーム２１の内端上部の間には連結バー２２が固定され、この連結バー２２の中間位置には、接圧調整シリンダ２３が連結されている。接圧調整シリンダ２３はエアーシリンダで構成されており、シリンダ２３Ｓは適宜の架構９に牽垂され、ピストンロッド２３ｐが連結バー２２に結合されている。
【００１９】
左右の固定フレーム１０における上ロール２Ａの直下には下ロール２Ｂが軸受を介して回転自在に軸支されている。
上ロール１Ａと下ロール１ＢとはシートＳを挟んで送りをかけるものであるので、所望の接触圧が必要である。前記接圧調整シリンダ２３は、この接触圧を調整するもので、供給エアー圧を加減することにより、接触圧を微妙に調整することができる。また、接圧シリンダ２３を収縮させると、上ロール２Ａが上昇するので、下ロール２Ｂとの間の隙間が大きくなり、最初にシートＳを通す紙通し作業が容易に行える。
【００２０】
出側揺動アーム２１の連結ビーム２２と架構９の間には引張りスプリング２６が取付けられている。この引張りスプリング２６は、接圧調整シリンダ２３を収縮させるとき、引き上げ力を付勢して、上ロール２Ａの引き上げを瞬間的に行えるようにするために設けられている。
【００２１】
出側ニップロール２における下ロール２Ｂの一端のプーリ２４はモータＭ等の動力源にベルト等で連絡されている。出側ニップロール２の下ロール２Ｂの他端のプーリと入側ニップロール１の下ロール１Ｂの他端のプーリとはベルト２５が掛け合わされて、回転動力が伝達されると共に、同期回転するようになっている。
また、入側ニップロール１の上ロール１Ａのプーリと出側ニップロール２の上ロール２Ａのプーリとの間にもベルト１５が掛け廻されて、同期回転するようになっている。既述のごとく上ロール１Ａ、２Ａは接圧調整シリンダ２３，２３で下ロール１Ｂ、２Ｂに接触することで摩擦伝動されて回転するが、ベルト１５、２５によって、上ロール１Ａ，２Ａの回転速度はほぼ同期することとなる。
【００２２】
ただし、上ロール１Ａ、２Ａの回転速度は下ロール１Ｂ、２Ｂへの接触圧に依存する度合いの方が多いので、出側ニップロール２における上下ロール２Ａ、２Ｂの接触圧を、入側ニップロール１における上下ロール１Ａ、１Ｂの接触圧より高くしておけば、出側ニップロール２によるシートＳに対する引張り力が入側ニップロール１により送り力より高くなって、シートＳに適当な張力を発生させることができる。もちろん、接触圧の加減でシートＳに発生させる張力を加減することもできる。
【００２３】
切断部３の回転軸は、左右２本の回転軸４，４からなり、入側ニップロール１と出側ニップロール２の間における左右の固定フレーム１０に、軸受を介して回転自在に軸支されている。
切断刃５は２本の回転軸４、４に取付けられ、回転軸４と共に回転するようになっている。また、切断刃５は平板状の部材であって、その一端縁には三角刃が連続してのこ歯状に形成された刃先５ａを備えている。
この刃先５ａは、切断すべきシートＳにくい込んで断続的につながった三角形の切り込みを入れることができる。
【００２４】
回転軸４は図１に示すように、反時計回りに回転するが、その回転動力の動力伝達経路を図５及び図６に基づき説明する。
入側ニップロール１における下ロール１Ｂの軸端には歯車４１が取付けられている。この歯車４１はアイドル歯車４２に噛み合い、アイドル歯車４２と同軸のプーリ４３は、クラッチ４０の入力側プーリ４４にベルト４５が巻き掛けられている。クラッチ４０の出力軸４５は切断刃５の回転軸４に連結されている。
【００２５】
切断部３における回転軸４の駆動力を入側ニップロール１の下ロール１Ｂから取っているのは、入側ニップロール１の回転と切断刃５の回転とを物理的に同期させるためである。こうすることにより切断刃５の回転に遅れが発生せず、ひいてはシートＳの送り速度と切断刃５の刃先５ａの水平方向移動速度が略一致することになる。このため、シートＳの切断が確実に行える。
【００２６】
上記のクラッチ４０には、クラッチ４０の接断を瞬時に制御するクラッチ制御機構５０が設けられている。
このクラッチ制御機構５０は図７に示すように、回転軸４に取付けられたロック部材５１と、ストッパー５２とこれを回転させる駆動シリンダ５３とからなる。ストッパー５２は、下爪５５と上爪５６を平行に並べ連結板５７で結合したもので、連結板５７はピン５８で貫通され揺動するようになっている。連結板５７からはステー５９が伸びており、その先端には駆動シリンダ５３のピストンロッドが連結されている。駆動シリンダ５３はエアシリンダで構成されている。
【００２７】
本実施形態では、クラッチ４０の制御に、常時接続方式を採用している。常時接続とは、クラッチには常時入力動力を与えておき、出力側の回転を強制的に止めておく制御方法である。この制御方法では、クラッチ４０の内部ですべりを生じさせて出力側の回転停止を許容している。そして、回転動力を伝達する時は、出力側の強制停止を解除することで、クラッチ４０内のすべりを解放し、瞬時に入力を出力側に伝え、タイムラグを生じない回転起動を可能としている。通常のクラッチ制御であると、入力側の接断を切り替えるので、クラッチに入力が入ってから出力がなされるまでの間に入力の立上りに要する時間が必要とされ、どうしてもタイムラグが出る。
しかし、本実施形態におけるクラッチ制御方法であると、クラッチ出力軸（回転軸５）のロックを解除してから回転しはじめるまでに、ほとんどタイムラグが生じないので、シートＳの切断長さを正確にすることができるのである。
【００２８】
図７に基づき、クラッチ制御機構５０の作用を説明する。
１）ロック状態
駆動シリンダ５３のピストンロッドが伸びた状態で、下爪５５がロック部材５１に当り回転軸４の回転を止めている。この状態では、クラッチ４０は内部で滑りを生じているので、入力側ホイール４４から回転動力が入っていても、出力軸４５および、それに連結されている回転軸４は回転していない。
２）ロックが外れる
後述するシートＳの切断信号が入ると、駆動シリンダ５３のピストンロッドが引き込まれ、下爪５５がロック部材５１から外れる。
この瞬間に、クラッチの出力軸４１（図５参照）は回転するので、回転軸４と共に切断刃５は反時計方向に回転する。
【００２９】
３）一時停止
ロック部材５１が上爪５５に当ると回転軸４および切断刃５の回転は止められる。この一時停止の少し前に切断刃５の刃先はシートＳにくい込んで切断する。
４）ロック状態に復帰
駆動シリンダ５３がピストンロッドを伸ばして、下爪５５の位置が少し高くなると、ロック部材５１は下爪５５に当って止る。この状態で、切断刃５はつぎの切断時まで、この姿勢を保つ。
【００３０】
図８に基づきシートガイド６０を説明する。シートガイド６０は、シートＳの走行方向に伸ばして展張した金属線６１で構成され、上ガイド６２と下ガイド６３からなる。
上ロール１Ａ、２Ａおよび下ロール１Ｂ、２Ｂは、各金属線６１と干渉しないように、環状の溝６３が複数束形成されている。また、上ガイド６２も下ガイド６３は、入側ニップロール１と出側ニップロール２の間でも張設されているが、切断刃５は、その刃先に三角波状の凹みがあるので、切断刃５が回転しても、各金属線６１と接触することはない。
このため、シートＳの切断時に、シートＳは切断刃５で下方に押下げられようとするが、下ガイド６３でシートＳが下からないように下支えするので、シートＳの切断が可能となっている。また、切断時の反応で波うたないように、上ガイド６２でもシートＳの尾端の挙動を規定されている。
【００３１】
本実施形態における切断タイミングは、切断すべきシートＳの長さによって所望に設定できる。切断すべきシート長さの到達は、入側ニップロール１や出側ニップロール２の積算回転数、あるいはタイマーで計測した時間の到達で把握できる。
切断タイミングが到達したとき、切断信号を発すれば、接圧調整シリンダ２３が出側ニップロール２の上ロール２Ａを押し下げると同時に、クラッチ制御機構５０の駆動シリンダ５３を収縮させる。
上ロール２Ａの押下げにより出側ニップロール２の引張り力が強くなって、シートＳに張力が作用した状態となり、同時に切断刃５が反時計方向に回転する。そして、図９に示す要領でシート５の切断作用が開始する。
【００３２】
図９に基づき、切断刃によるシートＳの切断作用を詳述する。
（Ｉ）切断開始
切断刃５がシートＳに喰い込む寸前であり、刃先５ａがシートＳの表面に当っている。
（II）切断中
刃先５ａがシートＳに喰い込む。完全には切断できていないが、シートＳには刃先が喰い込み、断続した三角形の切り込みが出来ている。
（III）切断完了
シートＳには、出側ニップロール２で張力がかけられているので、シートＳに刃先による切り込みができた段階で、幅方向に延びる破断が生じる。このため、先行のシートＳ１と後行のシートＳ２が分離される。このようにして、切断刃によりシートの横断面の全てを切断する前に切断完了するので、高速切断が可能となる。
【００３３】
本実施形態によれば、切断刃５はシートＳの走行方向に沿って揺動するので、シートＳの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる。また、回転する部材は回転軸４と平板状の切断刃５だけなので、質量が小さくてすみ、この点からも高速回転が可能となる。しかも、構成部材は主として回転部材のみであり、複雑な動きをするリンク機構を用いないので紙粉等による故障も生じにくい。
【符号の説明】
【００３４】
１ 入側ニップロール
２ 出側ニップロール
３ 切断部
４ 転軸
５ 切断刃
１１ 入側揺動フレーム
２１ 出側揺動フレーム
１３ 接圧調整シリンダ
２３ 接圧調整シリンダ
４０ クラッチ
５１ ロック部材
５３ 駆動シリンダ
６２ 上ガイド
６３ 下ガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート高速切断装置に関する。さらに詳しくは、高速でシートを走行させ、かつロール状に巻き取る高速巻取装置に連設して用いられ、シートを所望の長さに高速で切断する切断装置に関する。
本出願人は、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高速巻取装置を開発し、特許出願している（特願２０１１−８８５０２号）。本発明のシート高速切断装置は、前記芯なしロールの高速巻取装置に好適なものであるが、その用途はこれに限られるものではない。
【背景技術】
【０００２】
従来のシート切断装置として、特許文献１〜５がある。
特許文献１，２の装置は上下の刃を走行中のシートに対し直角方向に移動させて、シートをせん断するギロチン型の装置である。この従来技術では、切断作用中の刃はシートの走行を妨げる位置で昇降するので、いかに刃の昇降動作を早くしても、原理的に高速度で切断することはできないものである。
【０００３】
特許文献３，４の切断装置は、回転ドラムに取付けた刃を走行中のシートに喰い込ませて、シートを切断するロータリー型の装置である。
このロータリー型切断装置では、シートの長さ方向（走行方向）の切断長さが小さい場合は、回転ドラムの直径を小さくできるので高速切断が可能であるが、切断長さが長くなると高速切断が実用上不可能となる。
すなわち、クッキングペーパーロールのように巻取り長さが５ｍ前後になると、回転ドラムの直径は約１．６ｍ程度の大径にならざるをえないが、このような大径のドラムを高速で回転させるには大馬力の動力源が必要となるし、動力が小さいと回転速度が遅くなるので高速切断できないことになる。したがって、ロータリー型切断装置は高速切断には現実的でない。
【０００４】
特許文献５の切断装置は、クランク機構により円運動する上刃と、この上刃と同期して水平運動する下刃により、走行中のシートを切断するもので、ギロチン型とロータリー型の両方の要素をもっている。
しかるに、この従来技術は、運動部材を数多く使うクランク機構を用いているので、高速化が困難であり、かつシートを切断することにより発生する紙粉が機構部分に堆積するとクランク機構の運動が妨げられ故障しやすいという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４２６２７号公報
【特許文献２】特開２００８−５５５２１号公報
【特許文献３】特開平９−１９３０８７号公報
【特許文献４】特開平１１−３２０４８３号公報
【特許文献５】特開２００５−１１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、高速切断が可能であり、構造がコンパクトで、故障しにくいシート高速切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明のシート高速切断装置は、走行中のシートの入側に配置された入側ニップロール、および出側に配置された出側ニップロールと、前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間に配置された切断部とからなり、該切断部は、回転軸と、該転軸に取付けられた平板状の切断刃とからなり、該切断刃は、切断中に、その刃先がシートの走行方向に沿って揺動することを特徴とする。
第２発明のシート高速切断装置は、第１発明において、前記切断刃は、その刃先がのこ歯状に形成されていることを特徴とする。
第３発明のシート高速切断装置は、第１発明において、前記切断部の回転軸と前記入側ニップロールとを動力的に連絡する動力伝達手段と該動力伝達手段に介装された、前記入側ニップロールの回転動力を前記回転軸に伝達したり遮断するクラッチとを備えていることを特徴とする。
第４発明のシート高速切断装置は、第３発明において、前記クラッチに、常時回転駆動力を入力しておきながら出力軸の回転をロックしておき、切断時に該出力軸のロックを解除するクラッチ制御機構を備えたことを特徴とする。
第５発明のシート高速切断装置は、第１発明において、前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間には、走行中に切断されたシートを上下から保持するシートガイドが設けられており、該シートガイドは、シートの走行方向に延びる線状部材で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、走行中のシートを入側ニップロールと出側ニップロールで挟んでシートに走行方向の張力をかけた状態で回転軸を回転させると切断刃も回転し、その刃先がシートの走行方向に揺動して、シートを切断する。切断刃はシートの走行方向に沿って揺動するので、シートの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる。また、回転する部材は回転軸と平板状の切断刃だけなので、質量が小さくてすみ、この点からも高速回転が可能となる。しかも、構成部材は主として回転部材のみであり、複雑な動きをするリンク機構を用いないので紙粉等による故障も生じにくい。
第２発明によれば、シートに切断刃の刃先が差し込まれたとき、刃先がのこ歯状なので、まず鋭利な切り目が入り、これに入側・出側ニップロールで付与されている張力が作用すると、瞬時にシートが切断される。このため、切断刃によりシートの横断面の全てを切断する前に切断完了するので、高速切断が可能となる。
第３発明によれば、切断刃の回転動力は入側ニップロールから動力伝達手段を介して取っているので、シートに送りをかける入側ニップロールと切断刃とは物理的に同期がとれており、切断作用時における切断刃の揺動速度はシートの走行速度と一致する。このため、切断時にシートを無理に引きちぎったり、逆に切断刃の動作遅れによる切断不良は生じない。しかも、クラッチの入り切りにより、切断タイミングを自由に制御できるので、シートの切断長さを自由に設定できる。
第４発明によれば、クラッチの出力軸の回転をロックしておくとクラッチ内部ですべりが生じ、回転軸と切断刃は停止状態を保っている。そしてロックを外すと、クラッチ内部が瞬時につながり、回転動力が切断刃に伝達され回転する。このため、回転起動時の立ち上がり遅れが生じないので、シート切断長さの制御が正確に行える。
第５発明によれば、シートガイドで切断されたシートの尾端も先端も落下しないように保持しているので、切断後の次のシートの送り出しが詰りを生ずることなく行える。またシートガイドは線状部材がシートの走行方向に延びているだけなので、ニップロールの上下ロールの間の狭い空間にも挿入できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のシート高速切断装置の技術原理説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るシート高速切断装置の平面図である。
【図３】図２のIII−III線矢視側面図である。
【図４】図２のIV−IV線矢視正面図である。
【図５】クラッチまわりの動力伝達経路を示す平面図である。
【図６】クラッチまわりの動力伝達経路を示す側面図である。
【図７】クラッチ制御機構の作動説明図である。
【図８】（Ａ）はシートガイドの正面図、（Ｂ）はシートガイドの平面図である。
【図９】シート切断作用の説明図である。
【図１０】本発明のシート高速切断装置が適用された芯なしロール巻取り設備の全体概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
まず、図１０に基づき、本発明の高速切断装置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、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Ｐｒを回転させて、シートＳを繰り出すと、アキュムレータＡｃと高速切断装置Ａを経て、シートＳは高速巻取装置Ｗｄで巻き取られる。なお原反ロールＬＲとピンチロールＰｒ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。
高速巻取装置Ｗｄの入側には本発明の高速切断装置Ａが配置されるが、この高速切断装置Ａ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。本発明の高速切断装置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。
【００１２】
本発明が適用される巻取設備は、クッキングペーパーやキッチンペーパーをロールに巻き取る設備であり、また直径が１５ｍｍ〜１００ｍｍ位の小巻きロールに巻き取る設備である。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、カットするシートの長さは数１０ｃｍから数１０ｍ位である。つまり、本発明の高速切断装置Ａは、枝葉シートよりも長さが長く、しかし、数１０ｍ以上の長さは有しない中規模の長さにシートを切断する用途に用いられるものである。
【００１３】
切断対象のシートとしては、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、シリコンを含有しないシートも当然に含まれる。
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を含み、切断対象となる材料を単にシートという。
【００１４】
図１に基づき本発明の高速切断装置Ａの技術原理を説明する。
本発明の高速切断装置Ａは、走行中のシートＳの入側に配置された入側ニップロール１と出側に配置された出側ニップロール２との間に配置された切断部３とからなり、切断部３は、回転軸４と、この回転軸４に取付けられた平板状の切断刃５とからなり、切断刃５は、回転中に、その刃先がシートＳの走行方向に沿って回転することを特徴としている。
本発明によれば、走行中のシートＳを入側ニップロール１と出側ニップロール２で挟んでシートＳに走行方向の張力をかけ、その状態で切断刃５を回転させて、その刃先でシートＳを切断する。切断刃５はシートＳの走行方向に沿って回転するので、シートＳの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる点に特徴がある。
【００１５】
つぎに、本発明の一実施形態に係る高速切断装置Ａを説明する。
図２〜図４は高速切断装置Ａの基本的機械構成を示している。
１０は左右の固定フレームであり、これに入側揺動フレーム１１と出側揺動フレーム２１が揺動自在に取付けられている。また、高速切断装置Ａの主たる部材は、この固定フレーム１０と入側・出側揺動フレーム１１，２１を介して組付けられている。
【００１６】
左右２枚の入側揺動フレーム１１は、その外端部が左右の固定フレーム１０の入側の上端部にピン１１ｐで軸支され、内端部が上下に揺動するようになっている。そして、左右２枚の入側揺動フレーム１１の中間部同士の間には、入側ニップロール１の上ロール１Ａが軸受を介して回転自在に軸支されている。
また、左右の入側揺動フレーム１１の内端上部の間には連結バー１２が固定され、この連結バー１２の中間位置には、接圧調整シリンダ１３が連結されている。接圧調整シリンダ１３はエアーシリンダで構成されており、シリンダ１３Ｓは適宜の架構９に牽垂され、ピストンロッド１３ｐが連結バー１２に結合されている。
【００１７】
左右の固定フレーム１０における上ロール１Ａの直下には下ロール１Ｂが軸受を介して回転自在に軸支されている。
上ロール１Ａと下ロール１ＢとはシートＳを挟んで送りをかけるものであるので、所望の接触圧が必要である。前記接圧調整シリンダ１３は、この接触圧を調整するもので、供給エアー圧を加減することにより、接触圧を微妙に調整することができる。また、接圧シリンダ１３を収縮させると、上ロール１Ａが上昇するので、下ロール１Ｂとの間の隙間が大きくなり、最初にシートＳを通す紙通し作業が容易に行える。
【００１８】
左右２枚の出側揺動フレーム２１は、その外端部が左右の固定フレーム１０の出側の上端部にピン２１ｐで軸支され、内端部が上下に揺動するようになっている。そして、左右２枚の出側揺動フレーム２１の中間部同士の間には、出側ニップロール１の上ロール２Ａが軸受を介して回転自在に軸支されている。
また、左右の出側揺動フレーム２１の内端上部の間には連結バー２２が固定され、この連結バー２２の中間位置には、接圧調整シリンダ２３が連結されている。接圧調整シリンダ２３はエアーシリンダで構成されており、シリンダ２３Ｓは適宜の架構９に牽垂され、ピストンロッド２３ｐが連結バー２２に結合されている。
【００１９】
左右の固定フレーム１０における上ロール２Ａの直下には下ロール２Ｂが軸受を介して回転自在に軸支されている。
上ロール１Ａと下ロール１ＢとはシートＳを挟んで送りをかけるものであるので、所望の接触圧が必要である。前記接圧調整シリンダ２３は、この接触圧を調整するもので、供給エアー圧を加減することにより、接触圧を微妙に調整することができる。また、接圧シリンダ２３を収縮させると、上ロール２Ａが上昇するので、下ロール２Ｂとの間の隙間が大きくなり、最初にシートＳを通す紙通し作業が容易に行える。
【００２０】
出側揺動アーム２１の連結ビーム２２と架構９の間には引張りスプリング２６が取付けられている。この引張りスプリング２６は、接圧調整シリンダ２３を収縮させるとき、引き上げ力を付勢して、上ロール２Ａの引き上げを瞬間的に行えるようにするために設けられている。
【００２１】
出側ニップロール２における下ロール２Ｂの一端のプーリ２４はモータＭ等の動力源にベルト等で連絡されている。出側ニップロール２の下ロール２Ｂの他端のプーリと入側ニップロール１の下ロール１Ｂの他端のプーリとはベルト２５が掛け合わされて、回転動力が伝達されると共に、同期回転するようになっている。
また、入側ニップロール１の上ロール１Ａのプーリと出側ニップロール２の上ロール２Ａのプーリとの間にもベルト１５が掛け廻されて、同期回転するようになっている。既述のごとく上ロール１Ａ、２Ａは接圧調整シリンダ２３，２３で下ロール１Ｂ、２Ｂに接触することで摩擦伝動されて回転するが、ベルト１５、２５によって、上ロール１Ａ，２Ａの回転速度はほぼ同期することとなる。
【００２２】
ただし、上ロール１Ａ、２Ａの回転速度は下ロール１Ｂ、２Ｂへの接触圧に依存する度合いの方が多いので、出側ニップロール２における上下ロール２Ａ、２Ｂの接触圧を、入側ニップロール１における上下ロール１Ａ、１Ｂの接触圧より高くしておけば、出側ニップロール２によるシートＳに対する引張り力が入側ニップロール１により送り力より高くなって、シートＳに適当な張力を発生させることができる。もちろん、接触圧の加減でシートＳに発生させる張力を加減することもできる。
【００２３】
切断部３の回転軸は、左右２本の回転軸４，４からなり、入側ニップロール１と出側ニップロール２の間における左右の固定フレーム１０に、軸受を介して回転自在に軸支されている。
切断刃５は２本の回転軸４、４に取付けられ、回転軸４と共に回転するようになっている。また、切断刃５は平板状の部材であって、その一端縁には三角刃が連続してのこ歯状に形成された刃先５ａを備えている。
この刃先５ａは、切断すべきシートＳにくい込んで断続的につながった三角形の切り込みを入れることができる。
【００２４】
回転軸４は図１に示すように、反時計回りに回転するが、その回転動力の動力伝達経路を図５及び図６に基づき説明する。
入側ニップロール１における下ロール１Ｂの軸端には歯車４１が取付けられている。この歯車４１はアイドル歯車４２に噛み合い、アイドル歯車４２と同軸のプーリ４３は、クラッチ４０の入力側プーリ４４にベルト４５が巻き掛けられている。クラッチ４０の出力軸４５は切断刃５の回転軸４に連結されている。
【００２５】
切断部３における回転軸４の駆動力を入側ニップロール１の下ロール１Ｂから取っているのは、入側ニップロール１の回転と切断刃５の回転とを物理的に同期させるためである。こうすることにより切断刃５の回転に遅れが発生せず、ひいてはシートＳの送り速度と切断刃５の刃先５ａの水平方向移動速度が略一致することになる。このため、シートＳの切断が確実に行える。
【００２６】
上記のクラッチ４０には、クラッチ４０の接断を瞬時に制御するクラッチ制御機構５０が設けられている。
このクラッチ制御機構５０は図７に示すように、回転軸４に取付けられたロック部材５１と、ストッパー５２とこれを回転させる駆動シリンダ５３とからなる。ストッパー５２は、下爪５５と上爪５６を平行に並べ連結板５７で結合したもので、連結板５７はピン５８で貫通され揺動するようになっている。連結板５７からはステー５９が伸びており、その先端には駆動シリンダ５３のピストンロッドが連結されている。駆動シリンダ５３はエアシリンダで構成されている。
【００２７】
本実施形態では、クラッチ４０の制御に、常時接続方式を採用している。常時接続とは、クラッチには常時入力動力を与えておき、出力側の回転を強制的に止めておく制御方法である。この制御方法では、クラッチ４０の内部ですべりを生じさせて出力側の回転停止を許容している。そして、回転動力を伝達する時は、出力側の強制停止を解除することで、クラッチ４０内のすべりを解放し、瞬時に入力を出力側に伝え、タイムラグを生じない回転起動を可能としている。通常のクラッチ制御であると、入力側の接断を切り替えるので、クラッチに入力が入ってから出力がなされるまでの間に入力の立上りに要する時間が必要とされ、どうしてもタイムラグが出る。
しかし、本実施形態におけるクラッチ制御方法であると、クラッチ出力軸（回転軸５）のロックを解除してから回転しはじめるまでに、ほとんどタイムラグが生じないので、シートＳの切断長さを正確にすることができるのである。
【００２８】
図７に基づき、クラッチ制御機構５０の作用を説明する。
１）ロック状態
駆動シリンダ５３のピストンロッドが伸びた状態で、下爪５５がロック部材５１に当り回転軸４の回転を止めている。この状態では、クラッチ４０は内部で滑りを生じているので、入力側ホイール４４から回転動力が入っていても、出力軸４５および、それに連結されている回転軸４は回転していない。
２）ロックが外れる
後述するシートＳの切断信号が入ると、駆動シリンダ５３のピストンロッドが引き込まれ、下爪５５がロック部材５１から外れる。
この瞬間に、クラッチの出力軸４１（図５参照）は回転するので、回転軸４と共に切断刃５は反時計方向に回転する。
【００２９】
３）一時停止
ロック部材５１が上爪５５に当ると回転軸４および切断刃５の回転は止められる。この一時停止の少し前に切断刃５の刃先はシートＳにくい込んで切断する。
４）ロック状態に復帰
駆動シリンダ５３がピストンロッドを伸ばして、下爪５５の位置が少し高くなると、ロック部材５１は下爪５５に当って止る。この状態で、切断刃５はつぎの切断時まで、この姿勢を保つ。
【００３０】
図８に基づきシートガイド６０を説明する。シートガイド６０は、シートＳの走行方向に伸ばして展張した金属線６１で構成され、上ガイド６２と下ガイド６３からなる。
上ロール１Ａ、２Ａおよび下ロール１Ｂ、２Ｂは、各金属線６１と干渉しないように、環状の溝６３が複数束形成されている。また、上ガイド６２も下ガイド６３は、入側ニップロール１と出側ニップロール２の間でも張設されているが、切断刃５は、その刃先に三角波状の凹みがあるので、切断刃５が回転しても、各金属線６１と接触することはない。
このため、シートＳの切断時に、シートＳは切断刃５で下方に押下げられようとするが、下ガイド６３でシートＳが下からないように下支えするので、シートＳの切断が可能となっている。また、切断時の反応で波うたないように、上ガイド６２でもシートＳの尾端の挙動を規定されている。
【００３１】
本実施形態における切断タイミングは、切断すべきシートＳの長さによって所望に設定できる。切断すべきシート長さの到達は、入側ニップロール１や出側ニップロール２の積算回転数、あるいはタイマーで計測した時間の到達で把握できる。
切断タイミングが到達したとき、切断信号を発すれば、接圧調整シリンダ２３が出側ニップロール２の上ロール２Ａを押し下げると同時に、クラッチ制御機構５０の駆動シリンダ５３を収縮させる。
上ロール２Ａの押下げにより出側ニップロール２の引張り力が強くなって、シートＳに張力が作用した状態となり、同時に切断刃５が反時計方向に回転する。そして、図９に示す要領でシート５の切断作用が開始する。
【００３２】
図９に基づき、切断刃によるシートＳの切断作用を詳述する。
（Ｉ）切断開始
切断刃５がシートＳに喰い込む寸前であり、刃先５ａがシートＳの表面に当っている。
（II）切断中
刃先５ａがシートＳに喰い込む。完全には切断できていないが、シートＳには刃先が喰い込み、断続した三角形の切り込みが出来ている。
（III）切断完了
シートＳには、出側ニップロール２で張力がかけられているので、シートＳに刃先による切り込みができた段階で、幅方向に延びる破断が生じる。このため、先行のシートＳ１と後行のシートＳ２が分離される。このようにして、切断刃によりシートの横断面の全てを切断する前に切断完了するので、高速切断が可能となる。
【００３３】
本実施形態によれば、切断刃５はシートＳの走行方向に沿って揺動するので、シートＳの走行を妨げることなく切断ができ、高速化が可能となる。また、回転する部材は回転軸４と平板状の切断刃５だけなので、質量が小さくてすみ、この点からも高速回転が可能となる。しかも、構成部材は主として回転部材のみであり、複雑な動きをするリンク機構を用いないので紙粉等による故障も生じにくい。
【符号の説明】
【００３４】
１ 入側ニップロール
２ 出側ニップロール
３ 切断部
４ 転軸
５ 切断刃
１１ 入側揺動フレーム
２１ 出側揺動フレーム
１３ 接圧調整シリンダ
２３ 接圧調整シリンダ
４０ クラッチ
５１ ロック部材
５３ 駆動シリンダ
６２ 上ガイド
６３ 下ガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中のシートの入側に配置された入側ニップロール、および出側に配置された出側ニップロールと、前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間に配置された切断部とからなり、該切断部は、回転軸と、該転軸に取付けられた平板状の切断刃とからなり、該切断刃は、切断中に、その刃先がシートの走行方向に沿って揺動する
ことを特徴とするシート高速切断装置。
【請求項２】
前記切断刃は、その刃先がのこ歯状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のシート高速切断装置。
【請求項３】
前記切断部の回転軸と前記入側ニップロールとを動力的に連絡する動力伝達手段と
該動力伝達手段に介装された、前記入側ニップロールの回転動力を前記回転軸に伝達したり遮断するクラッチとを備えている
ことを特徴とする請求項１記載のシート高速切断装置。
【請求項４】
前記クラッチに、常時回転駆動力を入力しておきながら出力軸の回転をロックしておき、切断時に該出力軸のロックを解除するクラッチ制御機構を備えた
ことを特徴とする請求項３記載のシート高速切断装置。
【請求項５】
前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間には、走行中に切断されたシートを上下から保持するシートガイドが設けられており、
該シートガイドは、シートの走行方向に延びる線状部材で構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のシート高速切断装置。
【請求項１】
走行中のシートの入側に配置された入側ニップロール、および出側に配置された出側ニップロールと、前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間に配置された切断部とからなり、該切断部は、回転軸と、該転軸に取付けられた平板状の切断刃とからなり、該切断刃は、切断中に、その刃先がシートの走行方向に沿って揺動する
ことを特徴とするシート高速切断装置。
【請求項２】
前記切断刃は、その刃先がのこ歯状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のシート高速切断装置。
【請求項３】
前記切断部の回転軸と前記入側ニップロールとを動力的に連絡する動力伝達手段と
該動力伝達手段に介装された、前記入側ニップロールの回転動力を前記回転軸に伝達したり遮断するクラッチとを備えている
ことを特徴とする請求項１記載のシート高速切断装置。
【請求項４】
前記クラッチに、常時回転駆動力を入力しておきながら出力軸の回転をロックしておき、切断時に該出力軸のロックを解除するクラッチ制御機構を備えた
ことを特徴とする請求項３記載のシート高速切断装置。
【請求項５】
前記入側ニップロールと前記出側ニップロールとの間には、走行中に切断されたシートを上下から保持するシートガイドが設けられており、
該シートガイドは、シートの走行方向に延びる線状部材で構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のシート高速切断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１５６６（Ｐ２０１３−１５６６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８２２６（Ｐ２０１１−１３８２２６）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（３０４００８４７４）ウィンテック株式会社 (5)
【出願人】（５０１２１５１７４）石崎商事株式会社 (2)
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（３０４００８４７４）ウィンテック株式会社 (5)
【出願人】（５０１２１５１７４）石崎商事株式会社 (2)
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