(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール用ロールと、該シール用ロールに対向して設けられた対向ロールとの間に、複数枚のシートを通過させることによりヒートシールする装置であって、
シール刃が形成されたシール用ロールを複数個と、この複数個のシール用ロールすべてに当接する１個の対向ロールを備えて、同一シール部を複数回シールすることができるようにしたものであり、
対向ロールまたはシール用ロールがシート保持手段を備え、このシート保持手段が、ロール表面に対し、当接および離間自在に構成されたシート押さえ具であることを特徴とするヒートシール装置。
【請求項２】
シール用ロールと、該シール用ロールに対向して設けられた対向ロールとの間に、複数枚のシートを通過させることによりヒートシールする装置であって、
複数のシール刃が形成されたシール用ロールを１個と、シール刃の数と同数の対向ロールを備えて、同一シール部を複数回シールすることができるようにしたものであり、
対向ロールまたはシール用ロールがシート保持手段を備え、このシート保持手段が、ロール表面に対し、当接および離間自在に構成されたシート押さえ具であることを特徴とするヒートシール装置。
【請求項３】
シール用ロールのシール刃近傍がダイヤモンドライクカーボンで被覆されているものである請求項１または２に記載のヒートシール装置。
【請求項４】
対向ロールの周面全体が、ダイヤモンドライクカーボンで被覆されているものである請求項１または２に記載のヒートシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療衛生材料や包装分野等で多用されている不織布やプラスチック等の熱可塑性素材を連続的にヒートシールする装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
接着剤が不要で、所望形状の溶着部を形成することができる点で、熱可塑性素材をヒートシールする方法は、簡便であり、多用されている。ヒートシール法には、バーシール法、摺動ニップシール法、ベルトシール法等と共に、対向する回転ロールの一方または両方を加熱し、少なくともいずれか１枚が熱融着性である複数枚の帯状シートをこれらのロール間に通過させることにより、シートを連続的にヒートシールする回転ロール法が知られている。回転ロールには、ヒートシール刃が突設されている場合もある。この場合、ロール表面に設けられたシール刃がロールの回転によって形成される軌跡通りに、各種形状のシール部が熱融着性シートに形成されることとなる。
【０００３】
原則的に、熱融着性（熱可塑性）材料はヒートシールが可能であるが、多層や厚膜シートの場合はシール不良が起きることがあった。シールされるべきシートとシートとが接触している面（シール面）は、通常、加熱ロールに接触しているシートの表層部分より低温であり、特に、多層・厚膜シートでは、加熱ロールに接触させてヒートシールするまでの短い時間でシール面を必要なヒートシール温度に昇温させることは難しい。しかし、加熱ロールに長時間接触させてヒートシール温度を確保しようとすると、製造スピードが遅くなって生産性が低下してしまう。また、加熱ロール温度を高めに設定しておくと、多層・厚膜シートの表層部分が過熱されて破れて穴が開いたり、硬くなる等の不都合が起こる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、多層・厚膜シートの表層に悪影響を与えない温度で、シールすべき部分にシール刃を何回も当てる手段の採用が考えられる。しかし本発明者らが検討した結果、同一形状のヒートシール刃を持つヒートシール装置（１対の回転ロールからなる装置）を複数用意して、連続的にシール処理を行うと、２回目以降のシールが、最初のシール箇所からずれた部分になされてしまうことがわかった。この「ずれ」が生じると、所望のシール強度が得られず、また、シール部分の面積が大きくなり外観が悪くなる。
【０００５】
そこで、本発明では、特に多層・厚膜の熱融着性シートを、表層に悪影響を与えることなく、充分なシール強度を有するように、同一部分に複数回ヒートシールすることのできる装置の提供を課題として掲げた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るヒートシール装置は、シール用ロールと、該シール用ロールに対向して設けられた対向ロールとの間に、複数枚のシートを通過させることによりヒートシールする装置であって、シール刃が形成されたシール用ロールを複数個と、この複数個のシール用ロールすべてに当接する１個の対向ロールを備えて、同一シール部を複数回シールすることができるようにしたものであり、対向ロールまたはシール用ロールがシート保持手段を備え、このシート保持手段が、ロール表面に対し、当接および離間自在に構成されたシート押さえ具であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係るヒートシール装置は、シール用ロールと、該シール用ロールに対向して設けられた対向ロールとの間に、複数枚のシートを通過させることによりヒートシールする装置であって、複数のシール刃が形成されたシール用ロールを１個と、シール刃の数と同数の対向ロールを備えて、同一シール部を複数回シールすることができるようにしたものであり、対向ロールまたはシール用ロールがシート保持手段を備え、このシート保持手段が、ロール表面に対し、当接および離間自在に構成されたシート押さえ具であることを特徴とする。
【０００８】
請求項１または２のいずれかの構成の採用によって、シートの同一部分に複数回ヒートシールを施すことができるようになった。その結果、表層に悪影響を与えないシール温度でシールでき、かつ、充分なシール強度を確保することが可能になった。
【０００９】
また、対向ロールもしくはシール用ロールがシート保持手段を備えたものである。シートの位置ずれを防ぎ、同一位置にシールすることが一層容易になる。
【００１０】
特に、シート保持手段が、ロール表面に対し、当接および離間自在に構成されたシート押さえ具であるものである。必要なときのみシートを押さえることができるシート押さえ具の採用によって、ラインスピードを落とすことなく、同一位置にシールすることができる。
【００１１】
請求項３に係るヒートシール装置は、シール用ロールのシール刃近傍がダイヤモンドライクカーボンで被覆されているものであり、請求項４に係るヒートシール装置は、対向ロールの周面全体がダイヤモンドライクカーボンで被覆されているものである。
【００１２】
請求項３または４のいずれかの構成の採用によって、ダイヤモンドライクカーボンは非常に硬質な被膜を形成するので、シール刃およびシール刃が当接する対向ロールを長寿命化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
通常、軟弱な薄物シート材料は、製造ライン中で位置変動（蛇行）を起こし易いため、シートに少しだけテンションをかけて引っ張りながら走行させているが、シール時に加熱されてシートが軟化すると、テンション力によってシール部近傍が延びることがある。また、結晶配向等の影響で、ヒートシールによって熱収縮する場合もある。このため、１対の回転ロールからなり、同一形状のシール刃を有するヒートシール装置を複数用意して、連続的にシートを通過させても、位置ずれが起こり、同じところにシールすることは難しい。
【００１４】
本発明では、シール用ロール、対向ロールのいずれか一方を１つにし、これらに当接する相手方ロールを複数個にする構成を採用した。熱融着性シートは、いずれか１個のロールに密接したまま複数回のシールを受けるので、位置ずれを少なくすることができた。
【００１５】
図１には、３個のシール用ロール（第１シール用ロール１１、第２シール用ロール１２、第３シール用ロール１３）と、１個の対向ロール２を備えたヒートシール装置１の断面説明図を示した。シール用ロール１１〜１３は、図示しない加熱手段を有しており、シール刃の形成されている表面がシールに適した温度に加熱されている。対向ロール２も加熱手段を有していて、加熱されていることが好ましい。さらに、シール用ロール１１〜１３が回転する最中に、突設しているシール刃部分の温度が低下するのを防ぐために、シール用ロール１１〜１３近傍に、棒状のシーズヒータを設けたり、高周波による加熱手段、遠赤外線ヒータ、オイルヒータ等の別の加熱手段を併用してもよい。
【００１６】
２枚の連続するシート３１、３２が、第１シール用ロール１１と対向ロール２との間に繰り入れられ、最初のヒートシールが行われ、両シート３１、３２はシール部分によって一体化されたシート３３となる。シート３３はそのまま対向ロールに接触した状態で移送され、第２のシール用ロール１２によって再びシールされる。第１〜第３シール用ロールと対向ロール２の周速をそれぞれ調整することにより、第２のシール位置を、第１のシール位置と一致させることができる。同様にして、第３シール用ロール１３によって、第１および第２シールが施された位置と同じ位置に第３のシールが施される。
【００１７】
シート３１、３２は、いずれかが熱融着性であればよい。各シート３１、３２が既に何枚かのシートが積層された多層シートであってもよく、この場合は、シート３１のシール面３１ａ、またはシート３２のシール面３２ａ側に、熱融着性素材を設ける必要がある。
【００１８】
１対の回転ロールからなるヒートシール装置を複数備えて、複数回のシールを行うと、装置と装置の間をシートが移送する時に蛇行等を起こし易いが、本発明の場合、シート３３が対向ロール２に接触したまま３回のシールを受けるので、蛇行を防いで、同じ位置にシールすることができる。より一層蛇行を防止して、複数回のシールを同じ位置に行うためには、対向ロール２にシート保持手段を設けることが好ましい。シート保持手段としては、〔１〕エアー吸引孔、〔２〕摩擦抵抗の増大（または低減）手段、〔３〕シート押さえ具等が利用可能である。この〔１〕〜〔３〕の手段は、併用すれば一層シートの位置変動を抑制することができる。以下、これらの手段について具体的に説明する。
【００１９】
〔１〕エアー吸引孔
対向ロール２において、シール部（シール用ロールのシール刃がシートを介して当接する部分）以外で、シート３２と略同一幅のロール外周部分にエアー吸引孔を設けて、シール後のシート３３を吸引保持しながら移動させる。これにより、シート３３の位置変動を抑制することができるので、第１シール位置と第２・第３シール位置がずれることがなくなる。シート３１または３２が非通気性素材であれば吸引保持が容易であるが、不織布等の通気性素材であれば、風量、風圧等の調整等だけでは吸引保持が行いにくい場合がある。
【００２０】
〔２〕摩擦抵抗増大（低減）手段
シート３２が不織布のような通気性のある繊維状シートの場合、ロール（シール用ロール１１〜１３または対向ロール２）に接触させて移動（走行）させていても、テンション力の大小で、シール後のシート３３が流れ（移動）方向に延びやすく、シート３３の幅方向が狭くなってシール位置がずれる原因となる。このときは、ロールの表面の摩擦抵抗を増大させて、ロール表面とシート３３がずれないようにすることが推奨される。一方、長くて細い繊維で形成された不織布は毛羽立ち易いため、ロールの摩擦抵抗が大きすぎるとロールに巻き付いてしまう。このような場合は、ロールからシート３３を外れやすくするためにロール表面の摩擦抵抗を減少させる。ロール表面の摩擦力を調整するには、ゴム、ウレタン等の摩擦抵抗増大素材や、テフロン、ＭＣナイロン、各種シリコン等の摩擦力低減素材を被覆・挿入する。また、溶射やショットブラスト等の処理で、ロールの表面粗さを調整することもできる。これらのうち２種類以上の手段を併用してもよい。
【００２１】
〔３〕シート押さえ具
シート押さえ具は、シート３３を対向ロール表面に押さえ付けるためのものである。連続シールを考慮すれば、シート押さえ具は、シートを押さえたり、離したりすることができるよう、すなわち対向ロール表面に対し、当接および離間自在に構成する必要がある。例えば、図２および図３の説明図に示すように、対向ロール２の側面に放射方向に延びる十字状の溝４１、４２を形成し、溝４１に沿ってスライド変位可能なシート押さえ具５１、５３と、溝４２に沿ってスライド変位可能なシート押さえ具５２、５４を設ける。シート押さえ具５１〜５４は、対向ロール２と一体に回転する。一方、シート押さえ具５１、５２、５３、５４には、それぞれカムフロア６１、６２、６３、６４が突設されている。
【００２２】
シート押さえ具５１の先端部分５１ｘは、ゴム等の摩擦抵抗の大きな部材で形成されており、シートを確実に保持できる。シート押さえ具５１に連結するカムフロア６１、シート押さえ具５３に連結するカムフロア６３は、対向ロールとは別体に設けられ、固定されているガイド板８のガイド溝９にはめ込まれることにより、このガイド溝９に沿って摺動するように構成されている。図示しないシート押さえ具５２および５４、カムフロア６２、６４も同様に構成されている。
【００２３】
図４および図５に、ガイド溝９とカムフロアとシート押さえ具の動きを説明するための説明図を示した。図５に示すように、ガイド溝９は、全周のほぼ２／３においては軸心から距離ｌ２を保った円弧状軌跡を描くが、Ｚゾーンにおいては、ｌ２より短い距離ｌ１を保つ円弧状軌跡を描く。従って、図４のシート押さえ具５４の先端部は対向ロール２の表面と離間しているが、ガイド溝９の中をカムフロア６４が動いてＺゾーンに入り、仮想線で示す位置に至る（シート押さえ具５４ｂ）と、シート押さえ具５４ｂは軸心に近づくようにスライド変位する。このため図５にも示すように、シート押さえ具５４ｂの先端部５４ｘは対向ロール２の表面に圧接し、ロール表面に対してシートを押さえ付けることとなる。シート押さえ具５１は、シート押さえ具５４が上述の動きをしている間に、ロール表面当接状態から、離間状態（５１ｂ）へと変位する。
【００２４】
図４において、Ｚゾーンは、シール用ロール１１によって第１のシールが行われるところから、シール用ロール１３と対向ロール２の間にシート３３が導入されるまでの間とすることが好ましい。この構成によって、第１のシールが行われたシートを確実に保持したまま、第２シール、第３シールを行うことができ、同一の位置にシールすることが可能となる。
【００２５】
ガイド溝９の形状は、シート用ロールの数と設置位置に応じて変更することができる。また、シート押さえ具を対向ロールに対して、当接および離間自在に構成するための駆動手段として、ソレノイドアクチュエータまたはエアシリンダ等を利用してもよい。
【００２６】
なお、図１において、シール用ロールと対向ロールは、逆であってもよい（請求項２および５の構成）。すなわち、３個の対向ロール（１１，１２，１３）と、１個のシール用ロール（２）からなる装置であって、この場合、１個のシール用ロール２の表面に３個のシール刃が形成されることとなり、対向ロールとシール用ロールがシートを介して当接する位置にシール刃を形成すると共に、各ロールの周速を調整すればよい。また、シート保持手段は、シート用ロールに設けるとよい。
【００２７】
複数設けられる方のロール（シール用ロールまたは対向ロール）は、もちろん図１の３個に限定されず、適宜設計変更が可能である。良好なシール強度を得るためのヒートシールの条件を、シール刃形状（面積）、シート素材、シート枚数等に応じて変更する。例えば、ポリオレフィンを６０％以上含むポリオレフィン系シート２枚を線状シールで接合する場合であれば、８０℃以上で、シール線１ｍｍ当たり２０〜６０ｋｇで加圧することにより、良好なシール強度が得られるので、これを目安にして変更するとよい。シール時間を変更するために、シール用ロールや対向ロールの軸心を偏心させて（ずらして）、回転数は同じであるが回転中の周速を変える方法を採用することもできる。
【００２８】
本発明のヒートシール装置では、シール用ロールのシール刃近傍、対向ロールの周面全体をダイヤモンドライクカーボンで被覆することにより、これらのロールの摩耗を防ぎ、長寿命化を図ることができる。
【００２９】
シール刃近傍とは、少なくともシール刃の先端部を含む。シール刃は通常１〜２０ｍｍ程度ロール周面から突設しているので、シール刃全体、あるいはシール刃が突設している周囲をも含めてダイヤモンドライクカーボンで被覆してもよい。対向ロールは、シール刃がどこに当接されてもいいように、周面全体をダイヤモンドライクカーボンで被覆することが好ましい。
【００３０】
ダイヤモンドライクカーボンとは、炭素イオンを基板に衝突させて作られる物質で、ダイヤモンドに似た硬質炭素膜であるが、結晶性を示さない。このようなダイヤモンドライクカーボンを被覆するには、プラズマＣＶＤ法等を採用すればよい。また、ダイヤモンドライクカーボン層が、長期間の使用により摩耗してきた場合には、切断刃表面のダイヤモンドライクカーボン層を一旦剥離し、再びコーティングすることもできる。シール刃あるいは対向ロール自体は、ステンレス鋼、各種合金、アルミナ、セラミックス等が利用可能である。ダイヤモンドライクカーボンの利用によって、超硬合金を使用してシール用ロールを作成する場合に比べ、１／３以下の価格で製造することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のヒートシール装置は、同一箇所に複数回シールすることができるように構成されているので、多層シートあるいは厚膜シートであっても、表層を加熱し過ぎて痛めることなく、高速でヒートシールを行うことができる。またシート保持手段を備える構成は、シートの蛇行を防止して、第１のシールが行われたシートをロールに圧接したまま、２回目以降のシールを行うことができ、同一の位置に確実にシールすることが可能となった。
【００３２】
さらに、ヒートシール刃近傍や対向ロール周面をダイヤモンドライクカーボンで被覆した構成では、シール刃や対向ロールの摩耗を非常に少なくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のヒートシール装置の実施例を示す説明図である。
【図２】  シート押さえ具の構造を示す説明図である。
【図３】  シート押さえ具の構造を示す説明するための一部破断断面図である。
【図４】  シート押さえ具の動きを示す説明図である。
【図５】  シート押さえ具の動きを示す説明図である。
【符号の説明】
１  ヒートシール装置
１１、１２、１３  シール用ロール
２  対向ロール
３１、３２、３３  シート
４１、４２  溝
５１、５２、５３、５４  シート押さえ具
６１、６２、６３、６４  カムフロア
７  軸
８  ガイド板
９  ガイド溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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