特許 6861486 超音波による不織ウェブ材料のロール末端の閉鎖方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6861486

(24)【登録日】2021年4月1日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】超音波による不織ウェブ材料のロール末端の閉鎖方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B65H 75/28 20060101AFI20210412BHJP

   B65H 19/29 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   B65H75/28

   B65H19/29

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-151629(P2016-151629)

(22)【出願日】2016年8月2日

(65)【公開番号】特開2017-52651(P2017-52651A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2019年7月2日

(31)【優先権主張番号】62/200,440

(32)【優先日】2015年8月3日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】15/213,715

(32)【優先日】2016年7月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516232335

【氏名又は名称】エルスナー エンジニアリング ワークス，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジョン マッデン マティ、ジュニア

(72)【発明者】

【氏名】マイケル カール チェイス

(72)【発明者】

【氏名】ザカリ ヒントン スネル

(72)【発明者】

【氏名】ジョン ジェイ．マークル、ザ セカンド

【審査官】 國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３３３９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０３７９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０７６１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４８−０３７９４２（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６５Ｈ １９／００ − １９／３０

７５／００ − ７５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高分子ベースの不織ウェブ材料の螺旋状に巻き取ったロールの末端部を固定する装置であって、
器具に動作可能に接続されて前記器具を振動軸に沿って振動させる変換器を有する超音波溶接アセンブリと、
前記振動軸が前記ロールに対して概して接線方向になるように、前記器具を前記螺旋状に巻き取ったロールの最も外側の巻き取りに瞬間的に接触するように選択的に動かすように構成された固定具とを備える装置。

【請求項2】

巻き取り軸の周りにウェブ材料の前記螺旋状に巻き取ったロールを形成するように構成された巻き取り装置をさらに備え、前記螺旋状に巻き取ったロールが、前記螺旋状に巻き取ったロールの最も外側の巻き取り上に末端部を有する、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記器具が、前記ウェブ材料に対して高い摩擦係数を有する外面を備え、前記外面が、前記形成されたロールの前記最も外側の巻き取りを把持してその振動運動を引き起こすように構成される、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記巻き取り装置、前記超音波溶接アセンブリ、及び前記固定具の動作を監視及び管理して、前記最も外側の巻き取りと少なくとも１つの下にある巻き取り層との間の結合の位置、数、及び強度の選択的な管理を可能にするように構成された制御システムをさらに備える、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記固定具が、前記器具と前記巻き取ったロールとの間の接触圧力を監視するように構成された圧力センサを備え、前記制御システムが、前記器具と前記螺旋状に巻き取ったロールとの間に所定の圧力を印加するように前記固定具を管理するようにさらに構成される、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記巻き取り装置が、前記ウェブ材料を切断し、それによって前記末端部を作製するように構成された破断装置をさらに備え、前記制御システムが、前記巻き取り装置上の前記螺旋状に巻き取ったロール上の前記末端部の回転の向きを判定し、前記末端部を前記器具に対して所定の位置で向けるように巻き取り装置の動作を管理するように構成された位置センサをさらに備える、請求項４に記載の装置。

【請求項7】

前記制御システムが、前記器具の振動パラメータを管理するように構成される、請求項４に記載の装置。

【請求項8】

前記固定具が、前記巻き取り軸に対して平行な軸に沿って隔置された複数の超音波溶接アセンブリをさらに備える、請求項２に記載の装置。

【請求項9】

ウェブ材料の螺旋状に巻き取ったロールの末端を前記ロールの内部で隣接する巻付けに固定する方法であって、
器具に動作可能に接続されて前記器具を振動軸に沿って双方向に振動させる変換器を有する超音波溶接アセンブリを設けるステップと、
前記振動軸が前記ロールに対して接線方向になるように、前記器具を螺旋状に巻き取ったロールの最も外側の巻き取りに瞬間的に接触するように選択的に動かすように構成された固定具を設けるステップと、
前記固定具によって、前記器具を前記ロールの前記最も外側の巻き取りに接線方向に接触するように動かすステップと、
前記変換器によって、前記器具を前記ロールの前記最も外側の巻き取りに接線方向に接触したまま振動させて、下にある巻き取りに対する前記ロールの前記最も外側の巻き取りの運動を引き起こし、それによって前記最も外側の巻き取りを前記ウェブ材料の少なくとも１つの内側に隣接する巻き取り層へ摩擦溶接し、それによって前記ロールがほどけるのを防止するステップとを含む方法。

【請求項10】

巻き取り軸の周りに高分子ベースの不織ウェブ材料の螺旋状に巻き取ったロールを形成するように構成された巻き取り装置を設けるステップであって、前記螺旋状に巻き取ったロールが、前記螺旋状に巻き取ったロールの最も外側の巻き取り上に末端部を有する、巻き取り装置を設けるステップと、
前記巻き取り装置によって、ウェブ材料の螺旋状に巻き取ったロールを巻き取るステップと、
前記巻き取り装置によって、前記ウェブ材料を破断し、それによって前記ロールの前記最も外側の巻き取り上に末端部を作製するステップと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記高分子ベースのウェブ材料に対して高い摩擦係数を有する外面を前記器具上に設けるステップをさらに含み、前記外面が、前記形成されたロールの前記最も外側の巻き取りを把持してその振動運動を引き起こすように構成される、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記巻き取り装置、前記超音波溶接アセンブリ、及び前記固定具の動作を監視及び管理して、前記最も外側の巻き取りと前記少なくとも１つの内側に隣接する巻き取り層との間の溶接の位置、数、及び強度の選択的な管理を可能にするように構成された制御システムを設けるステップと、
前記器具と前記巻き取ったロールとの間の接触圧力を監視するように構成された圧力センサを設けるステップと、
前記器具と前記形成されたロールとの間に所定の圧力を印加するように、前記制御システムによって前記固定具を管理するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ウェブ材料を切断し、それによって前記末端部を作製するように構成された破断装置を設けるステップと、
前記巻き取り装置上の前記巻き取ったロール上の前記末端部の回転の向きを判定するように構成された位置センサを設けるステップと、
前記制御システムによって、前記末端部を前記器具に対して所定の位置で向け、前記螺旋状に巻き取ったロールの回転を少なくとも瞬間的に停止させるように前記巻き取り装置の動作を管理するステップと、
前記制御システムによって、前記器具を前記ロールの前記最も外側の巻き取りに瞬間的に接触させるように前記固定具を管理するステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記巻き取り軸に対して平行な軸に沿って隔置された複数の超音波溶接アセンブリを設けるステップと、
前記制御システムによって、前記複数の器具を前記形成されたロールの前記最も外側の巻き取りに接線方向に瞬間的に接触するように動かすように前記固定具を管理するステップとをさらに含み、各器具が、それぞれの振動軸が前記巻き取り軸に直交するように位置合わせされる、
請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

ウェブ材料の螺旋状に巻き取ったロールを形成し、前記ロールがほどけるのを防止するために、前記材料の末端部を前記ロールに固定する方法であって、
不織ウェブ材料を供給部から巻き取り装置に誘導する繰り出し経路を設けるステップと、
巻き取り軸の周りに前記ウェブ材料の螺旋状に巻き取ったロールを形成するように前記巻き取り装置を構成するステップであって、前記螺旋状に巻き取ったロールが、前記螺旋状に巻き取ったロールの最も外側の巻き取り上に末端部を有し、前記巻き取り装置が、それぞれの周りに前記螺旋状に巻き取ったロールが形成される少なくとも第１、第２、及び第３の回転可能な巻き取りスピンドルを運搬する回転タレットを有し、前記タレットが、前記スピンドルの１つを少なくとも巻き取り位置、割り出し位置、及び剥ぎ取り位置に同時に位置決めして、前記タレットの回転運動によって前記スピンドルを前記位置間で順次動かすことが可能である、前記巻き取り装置を構成するステップと、
前記ウェブ材料を切断し、それによって前記第１のスピンドル上に形成されたロール上の前記末端部及び先端を作製するように構成された破断装置を設けるステップと、
第２のロールの巻き取りを開始するために前記先端を前記第２のスピンドルに係合するように誘導するように構成されたウェブ・ガイドを設けるステップと、
径方向の向きから前記巻き取ったロールに対して接線方向の向きに超音波変換器を向けることによって、前記巻き取ったロールと瞬間的に相互作用して前記末端部を前記ロールに固定するように動作可能な末端仮止めアセンブリを設けるステップと、
前記タレット、前記巻き取りスピンドル、前記破断装置、及び前記繰り出し経路の動作を監視及び管理するように構成された制御システムを設けるステップと、
前記それぞれのスピンドルが前記割り出し位置にあるときに前記ロールの前記末端部の位置を特定するように構成された末端部検出センサを設けるステップと、
前記巻き取り装置によって、前記巻き取り位置に位置決めされている間に前記第１のスピンドル上にウェブ材料の第１の螺旋状に巻き取ったロールを巻き取るステップと、
所望のロール・サイズが実現されたときを判定するために、前記第１のスピンドルを前記制御システムによって監視するステップと、
タレットの回転によって、前記第１のスピンドルの位置を前記割り出し位置に変え、前記第２のスピンドルの位置を前記巻き取り位置に変えるステップであって、その上で第２のロールを螺旋状に巻き取ることができる、位置を変えるステップと、
前記制御システムによって前記破断装置を作動させるステップであって、前記先端が、前記ウェブ・ガイドによって前記第２のスピンドルへ誘導され、その上で前記第２のロールの巻き取りが開始される、前記破断装置を作動させるステップと、
前記末端部検出センサによって、前記第１のスピンドル上の前記第１のロールの前記末端の回転位置を判定し、前記制御システムによって、前記末端を所望の仮止め位置で静止して位置決めするように前記第１のスピンドルの回転を誘導するステップと、
前記末端部を前記所望の仮止め位置で前記第１のロールに固定するように前記末端仮止めアセンブリを作動させるステップと、
タレットの回転によって、前記第１のスピンドルの位置を前記剥ぎ取り位置へ変え、前記第２のスピンドルの位置を前記割り出し位置へ変え、前記第３のスピンドルの位置を前記巻き取り位置へ変えるステップであって、第３のロールを螺旋状に巻き取ることができる、位置を変えるステップと、
前記第１のロールを前記第１のスピンドルから取り外した後、前記第１のスピンドルを前記巻き取り位置へ動かすステップとを含む方法。

【請求項16】

前記繰り出し経路内で前記ウェブ材料に長手方向の切れ目を入れて複数のレーンを形成し、それによって各巻き取りスピンドル上に複数の巻き取ったロールを同時に形成することを可能にするステップと、
前記スピンドル割り出し位置に隣接して隔置された複数の末端仮止めアセンブリを設けるステップをさらに含み、末端仮止めアセンブリの数がレーンの数に等しい、
請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記末端仮止めアセンブリが、器具に動作可能に接続されて、前記ロールに対して接線方向の振動軸に沿って双方向に前記器具を振動させるように構成された変換器を有する超音波溶接アセンブリを備える、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記末端部検出センサが、前記スピンドル及び破断装置に対する位置センサを備え、各位置センサが、前記制御システムに入力を提供するように構成され、アルゴリズムが、前記第１のスピンドル上の末端位置を判定し、前記制御システムが、前記所望の仮止め位置で前記第１の末端を配置するように前記第１のスピンドルの回転を管理する、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１５年８月３日出願の米国仮特許出願第６２／２００，４４０号の優先権の利益を主張するものである。

【0002】

本発明は、一般に、渦巻き状に巻き取ったウェブ材料の末端を固定する方法及び装置に関し、より詳細には、超音波手段を使用して化学、機械、熱、又は溶剤処理材料によってともに結合された繊維を含む不織材料の巻き取ったウェブの末端を固定する方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0003】

消費者向けのロール状ウェブ製品の生産において、巻き直し器又は変換器は、ウェブ材料の巻き取った大きなロールをほどき、ウェブ材料に幅方向の切れ目を入れること又は穿孔することなどの所望の変換を施し、次いでそのウェブを巻き直して、消費者向けに寸法設定された渦巻き状に巻き取ったロールにする。巻き直したロールは、典型的には、巻き直し器から取り外され、別個の機械及びプロセスを使用して包装される。巻き直したロールには、この遷移中にほどけようとする傾向があり、それにより後の包装動作が複雑になる。ロールが意図せずほどけるのを防止するには、ロールの末端をウェブ材料の下層に固定することが一般的である。

【0004】

当業者には知られているように、渦巻き状に巻き取ったウェブ製品の末端又は端部をロール内の下層に固定又は封止することができる複数のよく知られている方法がある。一般的な方法は、ウェブ材料に応じて異なり、ロール内の隣接層を接合するために、のり付け、加湿、機械的な変形を含む。ほとんどの商業的に利用可能な実施例では、末端固定方法は、末端のうち固定されていない端部の長さを最小限にするのに十分なほど末端に近接して接合手段を適用するために、巻き取ったロールの操作を必要とする。最内層を最初にほどくことによって製品にアクセスするという製品の包装では、概して、後の包装動作中、典型的には容器内へのロールの挿入中に起こり得る問題を最小限にするために、末端を固定することだけを必要とする。外側からほどかれる製品は通常、ユーザーがロールをほどき始めるために握る点を提供するために、所定の長さの固定されていない末端を必要とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

使い捨ての拭き取り布を含む多くの製品は、製造及び生産で使用される化学物質に関してますます多くの精査を受けている。使い捨ての拭き取り布で典型的に使用される高分子ベースの不織ウェブ内に末端を固定するために従来使用されている接着剤は、ますます好まれなくなっている。知られている超音波溶接方法は、一貫しない性能及び渦巻き状のロールの多数の層を結合しようとする傾向によって悩まされており、包装されたロールがその端部に近づくと高い割合で廃棄されている。結合プロセスで固定される材料層を最小限にしながら後の包装動作にとって十分に末端を固定する超音波手段を使用して、高分子ベースの不織ウェブ材料の渦巻き状に巻き取ったロールの末端を固定する方法及び装置を提供することが有利であろう。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、よく知られている径方向の向きからロールに対して接線方向の向きに超音波変換器を向けることによって、渦巻き状ロール内の高分子ベースの不織材料の超音波結合に伴う知られている制限を克服する。直線軸に沿って振動する器具を有する超音波変換器に、渦巻き状ロール内のウェブの外層に摩擦係合する把持部が設けられる。把持部は、把持部がそれにより外層を振動させるのに十分な内向きの圧力を外層にかけるが、巻き取りのうち同様に係合される内側隣接層の数を制限するように、ロールに対して径方向に位置決めされる。振動している外層と比較的静止している内側隣接層との間に生成される摩擦は、熱を発生させて、外層と内側隣接層とを結合させる。内向きの径方向の圧力を、巻き取ったウェブの外層に把持部で係合するのに十分な圧力に制限することによって、ウェブの隣接層間の結合の深さが最小になり、理論上は外側の２つ又は３つの層に制限される。

【0007】

高分子ベースの不織ウェブ材料の渦巻き状に巻き取ったロールの末端を固定する接線方向の超音波方法を実施する機械は、ウェブ材料のバルク・ロールに対するキャリアと、ウェブがバルク・ロールからほどかれるとウェブを巻き取り装置へ直線的に運搬する１次繰り出し経路と、繰り出し経路からウェブを受け取り、このウェブを巻き取って複数の概してより小さい渦巻き状に巻き取ったロールにし、これらの巻き直したロールを包装装置へ送出する巻き取り装置とを含む。包装装置は、機械内に組み込むことができ、又は別個の包装機械内に設けることができる。１次ウェブ繰り出し経路は、経路に沿ってウェブが動く速度及び方向を管理するようにウェブに摩擦係合するベルト及びロールを含む。進んでいるウェブ上で、穿孔すること、薄く切ること、切れ目を入れること、折り曲げること、及び／又は印を付けることなどの変換を実行するために、ウェブ繰り出し経路に沿って追加の装置を位置決めすることができる。巻き取り装置は、複数の巻き取りスピンドルを含むことができ、各巻き取りスピンドルは、繰り出し経路に対して横断方向に位置合わせされ、巻き取りスピンドルは、ウェブに個々に係合され、巻き取りスピンドルの周りに巻き直したロールが形成される。これらのスピンドルは、選択的な回転が可能である。スピンドルの回転速度は、ウェブがスピンドル又はスピンドル上のロールの外周に接触するように誘導されるときにスピンドルの接線方向速度がウェブの速度に整合するように制御される。所望の量のウェブ材料が、活動中の巻き取りスピンドル上に巻き取られたとき、巻き取り装置は、活動中のスピンドルをウェブとの境界面から動かすとともに、第２の巻き取りスピンドルをウェブに係合するように動かす。このスピンドル遷移と同時に、切断装置が、ウェブを横断方向に切断し、連続して動いているウェブを次に活動中のスピンドル上に巻き取ることを可能にし、巻き取って完成したロールは、その回転を減速及び／又は停止させることによって、後の動作に向けて準備される。これらの動作の中には、ほどけるのを防止するために末端を固定することが含まれる。超音波溶接装置が提供され、この装置は、末端近傍の位置で静止している巻き取ったロールに接線方向に瞬間的に接触する器具を含む。この器具上の把持部は、外側ウェブ層に係合し、それによりこの層を接線方向に振動させる。外側ウェブ層と内側隣接ウェブ層との間の摩擦は、隣接層を結合させ、それによって末端をロールに固定する。

【0008】

超音波装置の運動は、機械、空気、油圧、又は電気サーボを含む多数の知られている手段によって制御することができる。この装置は通常、完成したロールが形成されて活動中の巻き取りが第２のスピンドルへ移送された後に巻き取りスピンドルが位置決めされる位置に隣接して位置決めされる。巻き取ったロールのスピンドルは、回転し続けることができ、又は回転を停止することができる。スピンドルは、超音波器具が末端位置の所定の回転変位範囲内で巻き取ったロールに接触することができるように割り出しすることができる。この機構は、器具と巻き取ったロールの周辺部との間に印加される内向きの圧力、器具の振動周波数、及び／又は巻き取ったロールに器具が接触する持続時間を管理するための提供を含むことができる。単一のスピンドル上に巻き取られるロールの数に応じて、複数の超音波装置を使用することができる。そのような装置は、典型的には、並行して制御される。

【0009】

本発明の利点は、特に添付の図面と併せて、本発明の以下の詳細な開示を考慮したとき明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明が有用になるタイプの従来の渦巻き状に巻き取ったロールの端面図である。

【図2】ロールを形成するウェブ材料の渦巻き状の層を示す渦巻き状に巻き取ったロールの端部の詳細図である。

【図3】末端をロールに結合する超音波器具の位置決めを示す図２の詳細図である。

【図4】超音波による末端の閉鎖方法を実施する装置を示す図である。

【図5】図４の詳細図である。

【図6】図４の装置に対する制御システムの図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明で利用される締付け具、接続、プロセス、並びに他の手段及び構成要素の多くは、記載する本発明の分野で広く知られ、使用されており、それらの厳密な性質又はタイプは、当業者による本発明の理解及び使用にとって必要ではなく、したがってそれほど詳細に論じないこととする。また、「左」又は「右」、「前方」又は「後方」という用語に対する本明細書でのあらゆる言及は、利便性のために使用されるものであり、巻き取り／巻き直しプロセスで材料が動く方向を見ることで決まる。「上向き」及び「下向き」という向きは、「水平」又は「垂直」平面に対するあらゆる言及と同様に、地面又は動作表面に対する向きである。さらに、本発明の何らかの特有の応用例に対して本明細書に図示又は記載する様々な構成要素は、本発明によって予期される場合、変動させ又は変更することができ、何らかの要素の特有の応用例の実行は、当技術分野で当業者には既に広く知られ又は使用されていることがあり、したがってそれぞれ同様に、それほど詳細には論じないこととする。図を参照すると、図のすべてにおいて、同様の部分には同じ番号が付与されている。

【0012】

図１では、概してロール軸１０の周りに巻き取られたウェブ材料８の螺旋状に巻き取ったロール５が示されている。このロールは、連続する長さのウェブ材料８が渡されている先端６及び終端又は末端７を含む。連続する長さのウェブ材料は、穿孔などを含むことができ、それらは、ロール内のウェブを使用のために複数のより短い長さの「シート」に容易に分割することを可能にしながら、単一の巻きプロセスで連続する長さ全体を巻くことを可能にする。ロール５は、先端及びある長さのウェブ８を螺旋状に巻き取って、芯又は類似の最初のロール補強材の周りの最初の螺旋状の巻き取りとすることによって形成することができる。別法として、ロール５は、先端６を心棒又はスピンドルへ誘導し、その周りに、ウェブの３６０°の複数の巻付け分、ウェブ材料８を巻き取って、所望の量のウェブ材料のロール５を作製することによって形成することができる。所望の量のウェブを巻き取ってロールにした後、ウェブは切断されて末端７を作製し、末端７はロール内へ取り込まれる。末端７は、任意選択で、巻き取り動作後の取り扱い中にロールが不注意でほどけるのを防止するために、ロールに固定することができる。

【0013】

図２を参照すると、渦巻き状に巻き取ったウェブ材料の複数の層を含むロール５の外周部が示されている。これらは、最外層１１及び複数の内側隣接層を含み、複数の内側隣接層は、第１の内層１２、第２の内層１３、及び第３の内層１４を含む。ロール内には、追加の内側に配置される層を、巻き取り内の総巻き数まで含むことができる。

【0014】

末端７をロール５に固定することは、ウェブ材料、末端の閉鎖に必要とされるウェブ（損耗高（ｗａｓｔａｇｅ））の許容できるレベルに応じて、様々な方法で実現することができる。知られている方法は、接着剤又はのり、水又は流体接着、及び化学又は熱結合の使用を含む。いくつかの方法は、特定の位置向けではなく、ロールが連続して回転する実装形態に適している。これらの方法は、典型的には、隣接層間に完全又は部分的な円周方向の結合領域をもたらし、ロールが完全な１回転を超えてもプロセスが活動中である場合、最も外側の３つ以上の層を必要とすることがある。他の方法では、固定手段を起動させる前にロールの回転を中止する必要がある。ロールは、末端を結合領域に近接させるように割り出ししてもしなくてもよい。理想的には、そのような手段は、最外層１１を第１の内層１２に結合することを伴う。実際には、結合強度と損耗高との間の均衡が求められるときは通常、末端の閉鎖結合には巻き取ったロールの複数の層が必要とされる。

【0015】

本発明は、高分子ベースの不織材料の巻き取ったウェブの末端を固定する超音波方法に基づく。この超音波方法では、高周波で振幅の小さい振動を使用して、隣接層をともに溶接するのに十分な隣接層間の摩擦による熱を生成する。溶接すべき熱可塑性材料層が超音波振動するホーンと静止したアンビルとの間に挟まれる通常の超音波溶接プロセスとは対照的に、本プロセスでは、最も外側の巻き取り層を少なくとも１つの内側に隣接する巻き取り層に対して振動させて摩擦熱を生成し、溶接部を作製する。圧力を管理し、最も外側の巻き取り層間の相対運動を接平面に向けることによって、超音波エネルギーの透過深さは、最も外側の巻き取り層に制限され、最終製品における損耗を制限する。

【0016】

一実施例が図３に示されており、超音波溶接装置４０が、入力信号を受け取り、それに応答して器具４８を振動させる変換器４２を有する。振動は、振動軸１００に沿って生じる。可変の電源を使用して入力信号を生成し、それによって振動周波数の調整を可能にすることができる。典型的な振動周波数は、１０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲である。振動軸１００は、器具４８をロール５に接線方向に接触させるように向けられており、振動軸１００が器具４８を最も外側の巻き取り層に接線方向に接触させるように向けられる限り、振動軸１００は、ロール軸１０に対して直交又は傾斜するように向けることができる。器具４８は、ロールの最外層１１を把持し、それにより最外層を振動させるように構成された高摩擦表面４９を含む。器具４８は、ロールに対して径方向に内向きに押し付けられ、振動する最外層１１と第１の内層１２との間の圧力を増大させる。内向きの把持圧力は、最外層１１が器具／把持部とともに振動するのに対して、第１の内層１２が概して静止したままになるように、隣接層間の摩擦を管理するように調整される。隣接層間の相対運動は、把持部接触領域近傍の領域内で摩擦による熱を生成し、これらの層を熱結合する。増大された内向きの圧力は、ロールの追加の内側隣接層を係合させて溶接区間９０にし、場合によりこれらの層を結合内に取り込み、材料特性及びエンド・ユーザー要件を変動させるために必要とされる結合強度及び層の数を調整することを可能にする。

【0017】

超音波器具４８及び振動軸１００を巻き取ったロール５に対して接線方向に向けることで、ウェブ材料に与えられる摩擦エネルギーの影響する深さを、典型的にはロールの外側の２つ又は３つの層に制限する。高分子ベースの不織ウェブ上で使用される従来の超音波結合方法は、概して、振動軸を巻き取ったロールに対して径方向に向ける。振動を径方向に向けることで、いくつかのウェブ層を通って内向きに延びる可能性のある円錐形の影響区間を生じ、これらの最内層を第１に溶接させ、それにより使用不能になり得るウェブ材料の長さを増大させる。ウェブの基板特性に応じて、最外層１１が結合内で確実に固定されるように、時間及び／又は圧力を増大することが必要とされることがあり、それにより結合の浸入の深さ、したがってロール内の損耗高がさらに増大する。

【0018】

図４〜６は、上記の超音波溶接装置４０を使用して高分子ベースの不織材料の渦巻き状に巻き取ったロールの末端を固定するプロセスを実施するロール巻き取り装置５００の簡略化された図を提示する。ウェブ材料２１０が、バルク・ウェブ供給２００から繰り出し経路２５０に沿って巻き取りステーション２７０の方へ誘導される。バルク・ウェブ供給の幅は、少なくとも所望の最終の包装されたロールの幅と同じであり、好ましくは、ウェブが巻き取りステーションに接近するときにウェブに長手方向の切れ目を入れることによって複数のロールの巻き取りを並行して可能にするのに適した広さである。バルク・ウェブ供給の長さは、所望の包装されたロールの長さよりかなり長く、それによって単一のウェブ材料のバルク・ロールからの多数の最終ロールの生産を可能にする。バルク・ロール上のバルク材料の量を監視するために、バルク・ウェブ・センサ３０５を設けて、バルク・ロールがほぼなくなったときに制御システム３００が警報を出すことを可能にすることができる。

【0019】

繰り出し経路２５０は、ウェブを経路に沿って所望の方向及び速度で運搬するベルト、ローラ２５１、及び他の知られている手段を含むことができる。制御システム３００によって監視及び管理される繰り出し経路速度センサ３５０及びドライバ４５０は、巻き取りステーション２７０内へ繰り出されている繰り出し経路２５０上のウェブの速度の制御を可能にする。１２１．９〜２１３．４ｍ／分（４００〜７００フィート／分）のウェブの速度が知られている。

【0020】

ウェブが進むにつれてウェブを変化させるために、繰り出し経路２５０に沿って１つ又は複数のウェブ処理装置２５４を設けることができる。一般的なプロセスは、ウェブを横断方向に穿孔して、最終の包装内のロールから容易に取り外すことができる画定された長さの部分を作製すること、及びウェブに長手方向の切れ目を入れて、所望のロール長さを有するレーンと呼ばれる複数の平行なウェブを実現することを含む。好ましくは、バルク・ウェブ供給２００との接線方向の境界面でウェブ速度を乱すことなくウェブ繰り出し速度の変動に対応するために、巻き上げ位置センサ３５８及び巻き上げアクチュエータ４５８を有する巻き上げ装置２５８が設けられる。

【0021】

１つの例示的な巻き取りステーション２７０は、回転可能なタレット２７５上に取り付けられた複数の巻き取りスピンドル２７１、２７２、２７３を備える。巻き取りスピンドル２７１、２７２、２７３は、それぞれのスピンドル・ドライバ４７１、４７２、４７３によって独立して回転可能とすることができ、スピンドル・センサ３７１、３７２、３７３によって監視することができる。ドライバ４７１、４７２及びセンサ３７１、３７２、３７３は、制御システム３００に動作可能に接続される。別法として、スピンドル・ドライバは、特定のタレット位置でのみスピンドルを回転させるように設けることができ、それにより、すべてのタレット位置でスピンドルを回転させる必要がないため、必要とされるドライバの数を低減させる。同様に、タレット２７５は、タレット２７５の位置及び動作を管理するように制御システム３００に動作可能に接続されたタレット位置センサ３７５及びタレット・アクチュエータ４７５を含む。巻き取りスピンドル２７１、２７２、２７３は、ウェブ材料２１０を巻き取る心棒として働く。タレット２７５上に巻き取りスピンドルを配置することで、１つのスピンドルを使用して、繰り出し経路から入ってくるウェブを巻き取ることが可能になり、その上に巻き取ったロールを有する第２のスピンドルは、末端をロールに固定することを含むプロセス中の追加のステップのために、巻き取ったロールを取り外すように操作される。

【0022】

巻き取りステーション２７０は、ウェブの幅全体（すべてのレーン）を切断し、ウェブの巻き取りを別の巻き取りスピンドルへ移送することを可能にするために、切断アクチュエータ２８１によってウェブ２１０に接触するように選択的に可動の切断装置２８０をさらに含む。切断位置センサ３８０が設けられ、制御システム３００に動作可能に接続されて、制御システムがウェブ切断ステップを管理し、ロール巻き取りプロセスに統合することを可能にする。ウェブを切断することで、上流ロール（第１のスピンドル２７１上に巻き取られている）の末端７と、下流ロール（スピンドル２７２上に巻き取られている）の先端とを作製する。切断装置は、ウェブを切るように構成されたナイフ及びアンビル、又は事前に施された穿孔でウェブを破断するように構成された可動のアンビル若しくは分離ローラを備えることができる。活動中のスピンドル（図示の例では２７２）に接触するようにウェブの先端６を誘導して、次のロールの巻き取りを開始するために、制御システムによって管理されるロール・スタータ・ガイド２８５などが設けられる。

【0023】

ウェブが切断された後、第１のスピンドル２７１は引き続き回転して、末端７を上流ロール５内へ巻き取る。次いで、好ましくはスピンドルの回転が中止され、スピンドルは、ロール上で固定されていない末端の長さを最小限にするために、超音波溶接装置４０の接線方向接触点近傍でそのわずかに下流に末端７を位置決めするように向けられる。制御システムが切断装置のスピンドルの回転及び運動を管理することで、ロールに固定されるのに所望の位置に末端が位置決めされるようにロールを向けることを可能にし、そのように必要とされる場合、典型的には固定されていない末端長さを５．０８ｃｍ（２インチ）以下にすることを可能にする。基準がない場合、超音波溶接は、ロールの外周の周りの任意の点で行うことができ、ウェブの２つ以上の円周がロールから離れたままにならないことを保証する。

【0024】

溶接装置は、巻き取ったロールの外周部への器具４８の近接をアクチュエータ４１によって変動させることを可能にするように器具４８を有する超音波変換器４２を支持する可動の仮止め固定具４３を備える。また、末端が固定される前にロールがしっかりと巻き取られることを保証するために、固定具４３にロール摺動デバイス５１を取り付けて、器具４８による接触前にロール巻き取りの外周部に接触するように位置決めすることができる。スピンドル及びロールが静止した後、器具４８は、所定の圧力でロール５の外層１１に接触するように動かされて、隣接層、好ましくは前述のように最も外側の２つの層の結合を引き起こす。

【0025】

切れ目を入れることによって複数のウェブ・レーンが作成されるとき、複数の変換器４２、器具４８、及び摺動デバイスが固定具上に設けられ、それぞれの数は、切れ目を入れる動作によって形成されるウェブ・レーンの数に等しい。この目的は、いくつかのロールが並行して巻き取られているときでも、スピンドル上に巻き取られた各ロールの末端を個々に固定することである。

【0026】

超音波溶接装置４０の運動は、好ましくは、制御システム３００によって管理され、制御システム３００は、器具と外層との間の接触圧力、外層との連続する器具の接触、並びにスピンドル及び末端の回転の向きを監視する１つ又は複数のセンサ３１０を制御フィードバック構成内にさらに含むことができる。超音波変換器４２は、ロール巻き取りの遷移が行われるときは、所定の期間にわたって、把持部がロールの外層に接触するように動かされたときに瞬間的に付勢することができ、ロール巻き取りが行われるときは消勢されたままとすることができ、又はロール巻き取り動作中は連続して付勢することができる。

【0027】

ロール巻き取り装置５００の動作は、制御システム３００によって管理される。制御システム３００は、装置上に設けられた複数のセンサからの入力信号を受け取るようにプログラムされ、ユーザー入力が、ウェブ材料の特徴、所望の巻き取ったロールのサイズ、及び／又は末端部に対する末端の仮止め／溶接の近接など、特定の固定の基準を定義しており、次いで制御システム３００は、アルゴリズムに基づいて、装置上に設けられた様々なアクチュエータへの出力信号を起動するようにプログラムされ、制御システム３００は、器具と外層との間の接触圧力、外層との連続する器具の接触、並びにスピンドル及び末端の回転の向きを監視する１つ又は複数のセンサを制御フィードバック構成内にさらに含むことができる。

【0028】

巻き取ったロールを形成し、末端を完成したロールに固定する方法は、以下のステップを含む。ウェブは、第１のスピンドル２７１へ誘導され、次いでウェブは、第１のスピンドル２７１が回転するにつれて、繰り出し経路２５０に沿って繰り出される。タレット２７０は、第１のスピンドル２７１が巻き取り位置と呼ばれる位置にくるように向けられる。制御システム３００は、スピンドル上のウェブ材料の長さが分かるように、スピンドル・センサ３７１及びウェブ繰り出しセンサ３１０を監視する。

【0029】

第１のスピンドル２７１上のウェブ材料の量が所望の量に近づくと、タレット２７０は、第１のスピンドル２７１の位置を割り出し位置と呼ばれる第２の位置へ変えるように作動され、第２のスピンドル２７２が、巻き取り位置に位置決めされる。タレット２７０の運動中はスピンドル位置感知特性に乱れが生じうるため、第１のスピンドル２７１の位置が監視される。仮止め固定具４３は、ロール摺動デバイス５１を摺動位置と呼ばれる巻き取ったロールの外周部に接触させるように動かされる。切断装置２８０は、ウェブ２１０を破断するように作動される。ウェブが破断されると、ロール・スタータ・ガイド２８５が、新しく形成された先端を第２のスピンドル２７２上へ誘導して第２のロールの巻き取りを開始するように位置決めされる。切断装置の動作のタイミング、切断装置２８０と第１のスピンドル２７１との間の空間的離隔距離、第１のスピンドルの回転速度、及び巻き取ったロールのサイズを使用して、第１のロール内に取り込まれたときの末端の位置を計算することができる。別法として、光学又は接触などの他のセンサを使用して、第１のロール上の末端の位置を感知することもできる。

【0030】

第２のスピンドル２７２上に第２のロールが形成されているとき、第１のスピンドルの回転は止まり、第１のスピンドルは、巻き取ったロール上で器具４８によって接触される点付近に末端が位置決めされるように位置決めされる。器具４８は、末端をロールに固定するために、ロールの最外層（溶接装置の仮止め位置と呼ばれる）に接触するように動かされる。仮止め動作が行われた後、仮止め固定具４３は、器具４８も摺動デバイス５１もロールに接触しない準備完了位置へ位置を変えられる。この位置では、溶接装置４０に接触することなく、タレットの位置を変えることによって、ロールの運動が可能になる。

【0031】

周辺部の周りの複数の位置でロールの末端を結合することが所望されることがある。そのような場合、ロールは、回転されて瞬間的に定位置で停止されるはずであり、超音波溶接装置は、ロール周辺部の周りに所望の数の結合点を設けるように配置換えされる。

【0032】

第２のロールが第２のスピンドル２７２上の所望の量のウェブに近づくと、タレット２７０は再び、第２のスピンドルを巻き取り位置から仮止め位置へ動かすように位置を変えられる。第３のスピンドル２７３が、巻き取り位置へ動く。ウェブ破断及び仮止めプロセスは、第１の巻き取ったロールに関して説明した通りであり、第３のロールの巻き取りが開始される。タレットの運動中、第１のスピンドルは、剥ぎ取り位置と呼ばれる第３の位置へ動かされ、この位置では、形成されて仮止めされたロールが、第１のスピンドル２７１から取り外され、ロール巻き取り装置５００から排出される。スピンドルは、剥ぎ取り位置にある間、回転してもしなくてもよく、それによりこのスピンドル位置に対するドライバをなくすことが可能になる。次いで、完成されて仮止めされたロールは、他の動作、典型的には包装へ誘導することができる。

【0033】

このサイクルは継続され、１つのスピンドル位置で巻き取りが行われ、第２のスピンドル位置で割り出し及びロール末端の仮止めが行われ、第３のスピンドル位置でスピンドルの剥ぎ取りが行われる。各スピンドル位置は、タレットの構成によって決まり、タレットが回転すると、スピンドルはプロセスの先へ進む。ロールの巻き取りと包装のための排出との間でプロセス内に追加のロール動作を組み込むために、追加のスピンドルを設けることもできる。効率のためには、３つのスピンドルが好ましい。

【0034】

バルク・ウェブの幅全体から作製された個々のロール（レーン）の数に応じて、複数の溶接装置４０が巻き取り軸に対して平行な軸に沿って隔置されて並行して動作することが必要になることがある。所望の包装されたロールのサイズを実現するために、バルク・ウェブに長手方向の切れ目を入れて、５〜８個のウェブ部分にすることが一般的である。

【0035】

記載のプロセスは、超音波による末端溶接方法で使用されるが、この装置及びプロセスはまた、末端の仮止めを末端に密接して位置決めすることを可能にする類似の利益によって、末端を巻き取ったロールに固定（たとえば、のり付け）する他の方法で使用することもできる。実際には、この装置及び方法は、末端の１．２７ｃｍ（２分の１インチ）の範囲内で仮止めを容易に配置することができる。超音波による末端溶接プロセスを使用することで、ウェブ材料の複数の下にある巻付けの係合を最小にすることを保証し、その結果、ウェブ材料の最後の巻付けだけが、場合により使用不能になる材料ループを形成し、ウェブ材料自体以外のいかなる追加の組成物も巻き取ったロールに導入しないので、厳しい材料制御が必要な無菌環境又は類似の環境で使用するためのウェブの巻き取り動作にとって理想的なものとなる。

【0036】

本発明の原理及び範囲内の本開示を読めば、本発明の性質を説明するために記載及び例示した部分の詳細、材料、ステップ、及び配置の変更が当業者には想到され、加えられることが理解されるであろう。上記の説明は、本発明の好ましい実施例を例示するが、この説明に基づく概念は、本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施例でも用いることができる。

【符号の説明】

【0037】

５ 螺旋状に巻き取ったロール
６ 先端
７ 末端
８ ウェブ材料
１０ ロール軸
１１ 最外層
１２ 第１の内層
１３ 第２の内層
１４ 第３の内層
４０ 超音波溶接装置
４１ アクチュエータ
４２ 変換器
４３ 仮止め固定具
４８ 器具
４９ 高摩擦表面
５１ ロール摺動デバイス
１００ 振動軸
２００ バルク・ウェブ供給
２１０ ウェブ材料
２５０ 繰り出し経路
２５１ ローラ
２５４ ウェブ処理装置
２５８ 巻き上げ装置
２７０ 巻き取りステーション
２７１ 巻き取りスピンドル、第１のスピンドル
２７２ 巻き取りスピンドル、第２のスピンドル
２７３ 巻き取りスピンドル、第３のスピンドル
２７５ タレット
２８０ 切断装置
２８１ 切断アクチュエータ
２８５ ロール・スタータ・ガイド
３００ 制御システム
３０５ バルク・ウェブ・センサ
３１０ ウェブ繰り出しセンサ
３５０ 繰り出し経路速度センサ
３５８ 巻き上げ位置センサ
３７１ スピンドル・センサ
３７２ スピンドル・センサ
３７３ スピンドル・センサ
３７５ タレット位置センサ
３８０ 切断位置センサ
４５０ ドライバ
４５８ 巻き上げアクチュエータ
４７１ スピンドル・ドライバ
４７２ スピンドル・ドライバ
４７３ スピンドル・ドライバ
４７５ タレット・アクチュエータ
５００ ロール巻き取り装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】