(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記搬送機(4)は、前記ウェブ(2)のための曲線状の供給面を構成し、前記切断領域(Z)において、前記レーザ光線(F)を透過させ前記誘導部材(8)に対向する少なくとも一つの透過部(4a)を備え、前記レーザ光線(F)が前記供給面を通過可能とする、請求項1に記載の装置。
前記透過部(4a)は、前記レーザ光線(F)を透過させる挿入物や窓によって形成され、前記装置は、繊維性材料の昇華によって生成される汚れを除去するよう構成された、前記挿入物や窓を洗浄する手段を備える、請求項2に記載の装置。
前記装置は、前記移動手段(3)と前記誘導部材(8)との間に動作可能に挿入された、機械式又は電気機械式の運動伝達手段(9)を備え、前記供給路(P)に沿った前記移動手段(3)の動きとその回転軸(B)まわりの前記誘導部材(8)の回転とを相互に関連付ける、請求項1又は2に記載の装置。
前記切断ヘッド(7)の前記光学系(7b)は、前記誘導部材(8)の上流に動作可能に配置された少なくとも一つの集束部(10)を備え、前記集束部は、前記レーザ光線(F)の焦点が前記誘導部材(8)そのものから遠位にある前記誘導部材(8)近傍の位置と、前記レーザ光線(F)の焦点が前記誘導部材(8)そのものの近位にある前記誘導部材(8)から離れた位置との間の直線を並進移動可能である、請求項1から5のいずれか1項に記載の装置。
【背景技術】
【0003】
これらの衛生用品は通常、不織布の浸透性内側層とポリエチレンの非浸透性外側層との間に通常挟持された吸収体パッドを備える。
【0004】
このような用品を製造するには、まず上述の各層を備えた連続したウェブを形成し、次にこのウェブを成形して、最終的にこのウェブを包装の準備が整うよう単一の製品へと分離する。
【0005】
成形工程とは主に、脚部輪郭形状に切断することであり、より一般的には特定の用途に適した外形を用品に与えるための工程である。
【0006】
このような作業に用いられる従来の装置は、回転ドラムを備え、その周りに所定の方向に前進するようにウェブの一部を巻き付けておき、更にこのドラム上の経路にてウェブに作用するレーザ切断ヘッドを備える。レーザ切断ヘッドは、特に同じ技術分野で用いられる回転刃によるカッタ装置と比べると、保守要件が低いこと、制御や調節が容易であることによって、衛生肌着類製品の製造に使用されるプロセスに特に適している。回転刃を使用した装置の場合には、刃を頻繁に交換する必要があり、またはどんな場合にも刃を頻繁に研ぐ必要がある。
【0007】
このような用途の利点は明らかであるが、レーザ切断を使用することの一つの問題は、ウェブの供給速度が非常に速いことやこれらの用品を大量生産することによって、非常に速い往復運動駆動装置を使用し、これに伴って、ほとんど無視でき、かつ非常に大きな加速を経る質量(masses)を移動させる必要があるために、切断ヘッド及び/又は光学系の移動に関連することであることは疑う余地がない。
【0008】
即ち、このような技術の主な問題点の一つは、関係する慣性荷重が高いことに起因して、高出力(且つ高コスト)の駆動システムと非常に高強度な構造が必要となることである。
【0009】
従来技術の更なる解決法がEP0549357文献に開示されており、回転ドラム内部のレーザ切断ヘッドを使用して、曲線状の(carved)ドラムの内側面にレーザ光線を誘導することによって、ドラムと共に並進するウェブに切断部や切り込みを形成する。
【0010】
特に、この文献によれば、切断ヘッドがドラムの中心に位置決めされた固定された誘導要素を備え、ドラム表面にレーザ光線を偏向させ、レーザ光線がドラムの全幅を覆うようにレーザ光線を広げている。
【0011】
この点で、更なるミラーがドラムの内部に配置され、レーザの一部を遮断して屈折/反射させてドラム表面で再び進路を変えるようになっている。
【0012】
不都合なことに、この方法は、偏光要素(deflector element)の位置が固定されているので切断を即座に完了させる必要があるために高出力のレーザ光源を必要とし、切断の間にドラムの移動を停止させる必要がある場合もあって、これは当該技術分野においては明らかに望ましくない。
【0013】
更に、安全性の問題についても過小評価するべきではなく、EP0549357のレーザ光線が広範囲に渡って分布し、ドラムの全幅を覆うように設計されているが、切り込み(notches)に対応する箇所のみが有効であって、そのためその大部分は反射/屈折することを考えると特に重大である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
添付の図面を参照すると、材料ウェブ2をレーザ切断するための装置は、参照符号1で示されている。
【0020】
乳幼児用のおむつや生理用品等の衛生肌着類を製造する装置に装置1を装着することが好ましい。
【0021】
従って、装置は、(図示しない)巻出機を備え、巻出機において、好ましくは連続体であってパッド付きのウェブ2が、浸透性材料の第一の層と非浸透性材料の第二の層とを並置し、この二つの層の間に図示しないパッドを構成する吸収性材料の一部を挿入すること等によって形成される。このような作業は、例えば、二つの供給ローラとパッドを追加するための図示しない周知の装置とによって行われる。
【0022】
なお、しかしながら、本発明に係る切断装置は、その組成には関係なく、材料ウェブから供給可能であれば、衛生用品の、付属要素を含む任意の要素を分割及び切断するのに使用可能である。
【0023】
従って、連続ウェブ2を、切断対象の材料ウェブ2に動きを与えるよう構成された適切な移動手段3によって前進させる。
【0024】
具体的には、移動手段3は、切断対象の材料ウェブ2を前進させるものであり、中心軸(以降中心軸「A」と称する)まわりに少なくとも部分的に回転可能なウェブ2の供給路「P」を形成する。従って、中心軸「A」はウェブ2を横切る方向である。
【0025】
より詳細には、移動手段3は、中心軸「A」の周囲に取り付けられ、少なくとも部分的に曲線状の切断領域「Z」を形成する搬送機4を少なくとも備える。
【0026】
このように、搬送機4は、供給路「P」において曲線を形成するよう構成され、その曲線は中心軸「A」に対向する凹部(concavity)を有する。
【0027】
以下に続く記述からより明らかになるであろうが、搬送機4は、好ましくは中心軸「A」に対応する回転軸まわりに回転可能なドラム5を少なくとも備えることが好ましい(
図1、2、3a、3b)。
【0028】
或いは、搬送機4は、摺動ベルト6b等と摺動可能に連結した曲線状の中心コア6aによって形成されてもよい(
図4a〜4c)。
【0029】
処理の正確さを保証するために、搬送機の上流及び下流の両方に動作可能に配置された(図示しない)張力手段を装置が備えることが好ましい。
【0030】
張力手段によって、搬送機4と連結したウェブ2(少なくともその一部)の供給部12及び回収(pickup)部13をそれぞれ形成すると更に好ましい。
【0031】
供給部12は、搬送機4の上流に、ウェブ2即ちその供給路「P」を所定の入射角で搬送機に向かって誘導するよう動作可能に配置される。
【0032】
同様に、回収部13は、搬送機4の下流に、ウェブ2を回収するように動作可能に配置され、即ち、搬送機4を離れる際の所定の出射角でのその供給路「P」を決定する。
【0033】
材料を切断するために、装置1は更にレーザ切断ヘッド7を備え、このレーザ切断ヘッドは、レーザ光線「F」を発生させるよう構成されたレーザ光源7aと、切断領域「Z」へとレーザ光線「F」を誘導するよう構成された光学系7bとを備える。
【0034】
本発明によれば、切断ヘッド7の光学系7bは、搬送機4の内部に位置する少なくとも一つの誘導部材8を備え、中心軸「A」から離れて切断領域「Z」へとレーザ光線「F」を誘導する。
【0035】
即ち、誘導部材8は、搬送機4が形成する凹部と対向する。具体的には、誘導部材8は、中心軸「A」に近接して配置される。
【0036】
なお、誘導部材8は、ミラー9又はレンズのシステムによってレーザ光源7aと動作可能に連結するミラー8a又はレンズであることが好ましい。
【0037】
即ち、誘導部材8は、切断ヘッド7の最終要素(end element)を形成することが好ましく、そこからレーザ光線「F」が切断対象の材料の方向に投影される。
【0038】
誘導部材8は、モリブデン、アルミニウム、又は銅からできた金属部品によって構成されてもよい。
【0039】
有利なことには、搬送機4の内部に配置した単一の誘導部材8(即ち、単一のミラー8a)を移動可能とすることで、装置の寸法が大幅に抑えられるだけでなく切断中にまつわる慣性も抑えられる。
【0040】
これに関して、誘導部材8は、その回転軸「B」まわりに回転可能であって、レーザ光線「F」によって、ウェブ2それ自体の供給路「P」を横切る切断線「T」をウェブ2上に形成するような方向に向いている(方向に向けられる)ことが好ましい。
【0041】
具体的には、誘導部材8は、第一の角度の切断開始位置「T1」と第二の角度の切断終了位置「T2」との間で少なくとも回転可能である。
【0042】
従って、誘導部材8は、レーザ光線「F」の光路に沿って取り付けられ、レーザ光線を遮断して、搬送機4の内部から始まって中心軸「A」から離れる切断領域「Z」の方向にレーザ光線の進路を変える。
【0043】
搬送機4に沿ったウェブ2の供給路「P」を横切る切断部を形成するために、誘導部材8は、その回転軸「B」まわりに回転可能である。
【0044】
有利なことには、搬送機4によって与えられるその長手方向に沿った(即ち、供給路「P」に沿った)ウェブ2の動きを用いれば、回転軸「B」まわりに誘導部材8を回転させれば、その方向を横切る切断部が得られ、双方の軸に沿って切断を容易に制御可能となる。
【0045】
なお、搬送機4の内部に誘導部材8を位置決めすることによって、誘導部材8そのものと切断領域Zとの距離の変動が大幅に抑えられ、これによって部品の移動が減少し、結果として装置の構造への応力が抑えられる。
【0046】
なお、装置1の構造を損なうことなくウェブ2を正確に切断するために、(ウェブ2の曲線状の供給面を構成する)搬送機4は、レーザ光線「F」を透過させ誘導部材8に対向する少なくとも一つの透過部4aを切断領域「Z」に備えており、レーザ光線「F」が供給面を通過可能となる。
【0047】
即ち、搬送機4は、少なくとも一つのレーザを透過させる部分を備え、その形状は、搬送機4の内部からレーザ光線「F」を通過可能とする少なくとも切断線のような形状であって、搬送機の内部に誘導部材8を配置し、搬送機4の外部には、ウェブ2が置かれる(そして、ゆえにウェブ2の搬送面を構成する)。
【0048】
より詳細には、搬送機4に形成される透過部4aは、誘導部材8の第一の角度(即ち切断開始)位置「T1」に対応する一端部と誘導部材8の第二の角度(即ち切断終了)位置「T2」に対応する第二の端部との間に少なくとも延びる。
【0049】
実施形態に応じて、透過部4aの構造や形状が異なってもよい。
【0050】
図1に示した実施形態において、透過部4aは、貫通孔によって形成される。具体的には、孔は、供給路「P」を横切って延びる長穴(slot)である。具体的には、(他の好適な実施形態のように)本実施形態において、長穴は中心軸「A」に略平行な方向に延びる。
【0051】
或いは、透過部4aは、レーザ光線「F」を透過させる挿入物(insert)や窓によって形成可能である。
【0052】
以下に、レーザの種類に応じた、この目的に使用可能な材料のリストを例示的(限定的ではない)に示す。
【0053】
これらの実施形態において、装置1は、繊維性材料(即ちウェブの材料)の昇華によって生成される汚れを除去するよう構成される、挿入物や窓を洗浄する手段を備えることが好ましい。
【0054】
前述のように、誘導部材8は、搬送機内部で回転可能(又は、とにかく移動可能)であることが好ましく、レーザ光線「F」を所定の方向に沿って誘導する。
【0055】
好ましくは、装置1は、移動手段3と誘導部材8との間に動作可能に挿入された機械式又は電気機械式の運動伝達手段9を備え、供給路「P」に沿った移動手段3の動きとその回転軸「B」まわりの誘導部材8の回転とを相互に関連付ける。
【0056】
従って、有利なことには、切断ヘッド7についての特定の駆動装置(drive)の必要はなく、搬送機4の回転(即ち、より一般的には移動手段3の前進移動)のみを使用して、誘導部材8を移動させその移動を制御することが可能である。
【0057】
伝達手段9は、(図示しない)歯車及び/又はベルトのシステムによって形成することが好ましい。
【0058】
或いは、伝達手段9は、(電気機械式の)検流計(galvo)システムを備えてもよい。
【0059】
検流計システムは、レーザ光線「F」を誘導部材8へと駆動する、回転が制限された(limited−rotation)DCモータを備える。
【0060】
モータの軸の回転位置に比例した信号を用いたモータの閉ループ制御用に内部位置センサを設けることが好ましい。
【0061】
有利なことには、このようなシステムによれば、迅速かつ遠隔的に変更可能なデジタル制御が可能となる。
【0062】
或いは、又は併用して、搬送機4と共に一体として回転するように誘導部材8を搬送機に取り付けてもよい。
【0063】
例えば、
図1に示す実施形態において、誘導部材は、ドラム5に取り付けられ、中心軸「A」まわりにドラムと共に回転するが、自身の回転軸「B」周りにも回転し、供給方向を横切る切断線「T」を形成する。
【0064】
この実施形態において(
図1)、切断ヘッド7の光学系7bは、誘導部材8の上流に動作可能に配置された少なくとも一つの集束部10を備え、この集束部は、レーザ光線「F」の焦点が誘導部材8そのものから遠位にある、誘導部材8近傍の位置と、レーザ光線「F」の焦点が誘導部材8そのものの近位にある、誘導部材8から離れた位置との間の直線を並進移動可能である。
【0065】
有利なことには、集束部10の直線運動によって、誘導部材8と切断領域「Z」との間の有効距離の変動を補正することが可能である。
【0066】
実際、本実施形態において、搬送機4は、中心軸「A」を規定する、その長手方向の軸まわりに回転可能な円筒形のドラム5によって形成される。誘導部材8は、中心軸「A」に配置されることが好ましい。
【0067】
上述のように、ウェブ2の供給路「P」を横切って切断部を形成するには、誘導部材8が中心軸「A」を横切る回転軸「B」まわりに回転し、これによって、切断中に切断領域「Z」そのものからの、即ち、切断が行われるウェブ2上の点からの距離が変動する。
【0068】
なお、回転軸「B」がドラム5の中心軸「A」に入射するので、切断中の誘導部材8と切断領域「Z」との間の距離の変動は、(搬送機の外側から切断が達成される)従来のものと比べるとかなり限定される。
【0069】
光学系7bの軸方向の移動を完全になくすために、供給路「P」と誘導部材8の回転軸「B」とは、(少なくとも第一の角度位置「T1」と第二の角度位置「T2」との間で)誘導部材8の各角度位置に関して、誘導部材8そのものとレーザ光線「F」が移動するウェブ2の供給面とを結ぶ線分が略一定であるように位置決めすることが好ましい(
図2、3a、3b、4a〜4c)。
【0070】
具体的には、移動手段3と誘導部材8とは、誘導部材8の各角度位置に関して、誘導部材8とウェブ2の供給面との間でレーザ光線「F」がたどる光路の長さが略一定であるように位置決めされる。
【0071】
即ち、供給手段3(即ち搬送機4)と光学系7bとは、誘導部材8の第一の角度位置「T1」と第二の角度位置「T2」との間で、レーザ光線「F」の光路が扇形即ち円形の一部(その頂点が誘導部材8の内部であることが好ましい)を形成するように構成される。
【0072】
有利なことには、このように、誘導部材8と切断領域「Z」(即ち、ウェブ2の供給面)との間の距離は、焦点距離を調整することなく(即ち光学系7bの軸方向の移動の必要なく)一定のままである。
【0073】
上記に従って、第一の実施形態(
図3a〜3c)において、搬送機4は中心軸「A」まわりに回転可能な円筒形のドラム5によって少なくとも部分的に形成されており、切断領域「Z」は、ドラム5自身の周囲面5a上に形成される。
【0074】
本実施形態において、誘導部材8は、ドラム5の中心軸「A」に配置され、誘導部材8の第一の角度位置「T1」と第二の角度位置「T2」との間で、レーザ光線「F」が中心軸「A」と直交する平面内にあるような向きとなっている。
【0075】
従って、誘導部材8は、中心軸「A」まわりに回転可能である。
【0076】
即ち、本実施形態において、誘導部材8(即ち、ミラー)は、ドラム5の回転面にレーザ光線「F」を誘導するように位置決めされる。
【0077】
従って、誘導部材8の第一の角度位置「T1」と第二の角度位置「T2」との間でレーザ光線「F」によって範囲が定まる面積によって、ドラム5の横断断面と同じ平面内に扇形が形成される。
【0078】
即ち、レーザ光線「F」の回転方向は、略円周方向である。
【0079】
更に、誘導部材8とドラム5とは、中心軸「A」に対応する同一の軸まわりに一体となって回転可能であることが好ましい。
【0080】
有利なことには、つまり、移動手段3と誘導部材8との間に機械的な伝達動作の必要がなくなる。実際、本実施形態において、伝達手段9は、誘導部材8とドラム5との堅固な連結によって形成される。
【0081】
ウェブ2の供給方向を横切って切断部を形成するために、移動手段3は、部分的にらせん状の線に沿ってドラム5の周囲でウェブ2の供給路「P」を誘導するよう構成される。このようにウェブ2はドラム5の周囲で連係(tie)を形成する。
【0082】
具体的には、移動手段3の供給部12と回収部13とは、中心軸「A」に略直交する入射角と出射角とでウェブ2(即ち供給路「P」)をドラム5に向かって誘導又はドラム5からウェブ2を回収するよう構成される。
【0083】
但し、入って行く供給路「P」は、出て行く供給路に対して中心軸「A」に沿って相殺される(即ち位置が変化する)。
【0084】
この位置の変化の程度は、ウェブ2の幅と等しいことが好ましい。
【0085】
従って、ドラム5は、ウェブ解放領域に到達するまでらせんに沿って供給路「P」の進路を変えるよう構成される。
【0086】
即ち、ドラム5は、約180°延びるらせんの一部に沿ってドラム5自身の周りでウェブ2の供給路の進路を変えるような形状のガイドを形成する。
【0087】
有利なことには、従って、レーザ光線「F」に対して横切るような方向に移動するウェブ2によって横方向の切断部の形成が可能となる。
【0088】
更に、本実施形態において、(ドラム5との一体的な回転以外の)誘導部材の全ての動きが排除され、コスト及び設計の単純さの点で大きな利点を有する。
【0089】
更に、本実施形態において、レーザ光線「F」は常に切断領域「Z」即ち切断対象のウェブ2に直交しており、これによってプロセスの効率が高まる。
【0090】
供給路「P」の入射(及び出射)角度が大きいほど、誘導部材8の第一の角度位置「T1」と第二の角度位置「T2」との間でレーザ光線「F」が「描く(swept)」(即ち覆う)扇形が小さくなり好ましい。
【0091】
別の実施形態(
図2)において、誘導部材8と切断領域「Z」との間でレーザ光線「F」が進む光路の安定性が、ドラム5の側面を曲線状とすることで得られる。
【0092】
具体的には、幾つかの実施形態において、ウェブ2の摺動面(と切断領域「Z」)を構成するドラム5の側面は、少なくとも部分的に球状を有し、誘導部材8は、切断領域「Z」の全ての点から等距離にあるようにその球状の中心に位置する。
【0093】
なお、ドラム5を搬送機4に取り外し可能に接続してもよい。即ち、ドラム5は、要件に応じて別の形状を有する別のものとの置き換えが可能である。
【0094】
球状面は、ドラム5上に(少なくとも部分的に球状の)環状の挿入物を固定(keying)したり、ドラム5の表面を成形したりすることによって得られる。
【0095】
本実施形態において、誘導部材8は、有利なことには、誘導部材と連結した運動伝達手段を有し、この運動伝達手段は、互いに直交する少なくとも二つの軸、好ましくは三つの軸周りに回転運動を誘導部材8に付与するよう構成されているので、レーザ光線「F」の動き(及び形成すべき部分の形状(geometry))が完全に自由となる。
【0096】
更なる実施形態において(
図4a〜4c)、搬送機4は、中心軸「A」の周囲に少なくとも部分的に延びる半楕円形のガイド6aとこの半楕円形のガイド6a上で摺動可能なベルト6bとを有する。
【0097】
即ち、半楕円形のガイド6aは、中心軸「A」の周囲で曲線状のウェブ2の供給路「P」を形成する。
【0098】
半楕円形のガイド6aに沿ったこの供給路「P」は、楕円状の線の動きを形成する。
【0099】
なお、ガイド6aは、中心軸「A」の周囲に位置決めされるが、それに対して固定されたままである。実際、ベルト6bがガイドに沿って摺動しており、切断対象の材料、即ちウェブ2を伴って動く。
【0100】
本実施形態において、誘導部材8は、中心軸「A」に角度「α」で入射するその回転軸「B」まわりに回転可能である。
【0101】
具体的には、角度「α」の値は、誘導部材8の各角度位置に関して、レーザ光線「F」が誘導部材8自身から同じ所定距離に位置する半楕円形のガイド6a上の一点を遮断するような値である。
【0102】
即ち、ガイド6aは楕円形であるので、中心軸「A」に直交する平面で測定した誘導部材8とガイド6aとの間の距離は、角度位置が変化すると変動する。
【0103】
但し、誘導部材8の回転軸「B」と中心軸「A」との間の角度「α」によって、中心軸「A」に対してある角度で傾斜してガイド6aと共に円形を形成する切断平面内でレーザ光線「F」が回転可能となる。
【0104】
なお、角度「α」の値は、半楕円形のガイド6aの偏心(eccentricity)の関数である。
【0105】
具体的には、誘導部材8の回転軸「B」の傾斜角度「α」は、以下の式を用いて計算できる。
α = arcsin (e)
【0106】
式においてeはガイド6aの偏心を表す。
【0107】
有利なことには、このように、誘導部材8自身の回転軸「B」に直交する平面で計測した、誘導部材8の第一の角度位置「T1」と第二の角度位置「T2」との間でレーザ光線「F」が範囲を定める面積によって、半楕円形のガイド6aによって外周の範囲が定まる扇形が形成される。
【0108】
本発明によって、先の目的が達成され、重要な利点がもたらされる。
【0109】
実際、ドラム又は曲線状のガイドである搬送機の内部に取り付けられた誘導部材、即ちミラーを使用することで、製造装置や切断装置の寸法がコンパクトとなり、誘導部材そのものを移動させる必要性が抑えられる。
【0110】
実際、いずれの実施形態においても、誘導部材自身の回転中の誘導部材と切断領域との間の距離の変動は、誘導部材をドラムの外側に取り付けた従来の場合と比較して非常に減少する。
【0111】
更に、搬送機及び移動手段の構造を誘導部材の回転と関連付けることによって、切断作業全体を通じて、即ち、誘導部材の第一の角度位置と第二の角度位置との間で、このような距離を一定に保つことが可能となる。
【0112】
このように、これらの方法によれば、光学系及び特に誘導部材の駆動の動きが実質上相殺されるとまではいかなくても大幅に抑えられ、作業速度や関係する慣性を制限するという点で大きな利点を有する。
【0113】
また、ドラムの円筒形形状と、連係供給システム(tie feed system)と、このドラムと一体となった誘導部材の回転とを組み合わせることで、常に切断面、即ちウェブに直交するようレーザ光線を維持することが可能であり、プロセスの効率及び効果の点で大きな利点を有する。