(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の速度で搬送されるシートに対し、これを厚さ方向に挟むように１対のナイフシリンダが配置され、
このナイフシリンダの周面から突出して装着されるナイフは、前記ナイフシリンダの軸線に対して螺旋状に設けられており、
それらナイフシリンダを前記シートの送り方向に回転させつつ、搬送される前記シートをその幅方向に前記ナイフにより切断するシート切断装置において、
前記各ナイフシリンダは、前記シートの切断時に当該シートの送り速度と同期して回転するものとされ、その同期回転する角度幅が、前記シートの厚さ及び幅の少なくとも一方に応じて変更されることを特徴とするシート切断装置。
【請求項２】
前記シートの厚さ及び幅の少なくとも一方の値に基づいて、前記同期回転の角度幅を設定する角度幅設定手段と、
その設定された角度幅で前記両ナイフシリンダが同期回転するように、その駆動を制御するナイフシリンダ駆動制御手段とを備える請求項１記載のシート切断装置。
【請求項３】
前記両ナイフシリンダの周面には、前記ナイフがその軸線に対して螺旋状に設けられており、該ナイフシリンダの回転に伴い両ナイフは、前記シートの幅方向における一方の側から前記シートの切断を開始して、他方の側でその切断を終了するようになっている請求項１又は２に記載のシート切断装置。
【請求項４】
前記同期回転の角度幅は、少なくとも前記シートの幅に応じて変更される請求項３記載のシート切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、段ボールシート等のシートを切断する装置に関し、特に一対のナイフシリンダを備えた回転式のシート切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば図１に示すように、段ボールシートの製造工程の下流部で、帯状の段ボールシート（以下、単にシートともいう）ＡSを所定の長さに順次切断するシート切断装置Ｇが知られている。すなわち、シート切断装置Ｇは、所定の速度で搬送されるシートＡSに対し、これを厚さ方向に挟むように配置された１対のナイフシリンダ２及び３を備え、それぞれナイフ１２及び１３がその周面から突出するように装着されている。
【０００３】
図２に示すように、ナイフシリンダ２及び３はシートＡSの送り方向に回転駆動され、それらの間を通ってシートＡSが搬送される。両ナイフ１２及び１３は、シリンダ２及び３の回転に伴い次第に接近し、図３（ａ）に示す回転位置（以下、噛込位置という）でシートＡSに対する噛込みを開始する。そして、同図（ｂ）に示すように、両ナイフ１２及び１３は、シリンダ２及び３の回転に伴いさらに接近しながら、シートＡSを厚さ方向に剪断するようにして切断し、その後は離間に転じて同図（ｃ）に示す回転位置（以下、離脱位置という）で切断線Ｃから離脱する。
【０００４】
ここで、シートＡSの切断中に、その切断線Ｃに対するナイフ１２及び１３の相対的な位置が大きく変化するとシートＡSが破損してしまうので、該切断中はナイフシリンダ２及び３はシートの送り速度ＶSと同期した速度、具体的にはナイフ２及び３の移動速度がシートの送り速度Ｖsとほぼ等しいか若干大きくなるように回転させる必要がある。この場合、図４に示すように、ナイフシリンダ２及び３が前述の噛込位置から離脱位置へ至る角度θの区間において、少なくともその同期回転が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、段ボールシート製造ライン等では近年、その生産性向上のためにシート搬送速度はますます大きくなる傾向にある。例えば、ナイフの回転周長よりも短い切断長でシートを切断する場合、図５（ａ）に示すように、シート切断後には、ナイフシリンダ２及び３を、切断のための同期回転速度よりも増速して切断開始位置まで戻す必要があるが、ラインのシート送り速度を上昇させるには、ナイフシリンダ２及び３を増速回転させる区間（λ1＋λ2）をなるべく大きくとることが有効となる。
【０００６】
ここで、段ボールシート製造ライン等においては、同じ切断装置を用いて厚さの異なるシートが切断されることが少なくない。この場合、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、シートが厚くなるほど同期回転させる角度幅θを大きく確保する必要があるが、従来のシート切断装置においてはこの角度幅θは、同図（ｃ）に示すように最も厚さの大きいシートＡTKに合わせて固定的に設定されていた。その結果、同図（ｂ）に示すように、それよりも薄いシートＡTNを切断する際には、シートへのナイフ１２及び１３の食い込み前及び離脱後に、それぞれ余分な同期回転区間θEが生じ、切断開始位置へ戻るために増速回転する区間の角度幅がその分だけ減少して、シート送り速度向上の妨げとなっていた。
【０００７】
本発明の課題は、シート厚さが変化してもナイフシリンダに無駄な同期回転区間が生じにくく、ひいてはシート送り速度の向上に寄与するシート切断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明のシート切断装置は、そのような課題を解決するためになされたものであり、所定の速度で搬送されるシートに対し、これを厚さ方向に挟むように１対のナイフシリンダが配置され、このナイフシリンダの周面から突出して装着されるナイフは、ナイフシリンダの軸線に対して螺旋状に設けられており、それらナイフシリンダをシートの送り方向に回転させつつ、搬送されるシートをその幅方向にナイフにより切断するシート切断装置において、各ナイフシリンダは、シートの切断時に当該シートの送り速度と同期して回転するものとされ、その同期回転する角度幅が、シートの厚さ及び幅の少なくとも一方に応じて変更されることを特徴とする。例えばシートの厚さに応じて最適の同期回転角度幅を設定することで、薄物のシートの切断を行う場合でも無駄な同期回転が生じにくくなり、ひいてはラインにおけるシート送り速度の向上に寄与する。
【０００９】
上記シート切断装置には、上記シートの厚さ及び幅の少なくとも一方の値に基づいて、同期回転の角度幅を設定する角度幅設定手段と、その設定された角度幅で両ナイフシリンダが同期回転するように、その駆動を制御するナイフシリンダ駆動制御手段を設けることができる。この場合、同期回転の角度幅は、例えば切断に係るシートの厚さあるいは幅に基づいて算出することにより、設定することができる。
【００１０】
次に、両ナイフシリンダの周面にナイフをその軸線に対して螺旋状に設け、該ナイフシリンダの回転に伴い両ナイフが、シートの幅方向における一方の側からシートの切断を開始して、他方の側でその切断を終了するように構成することができる。これにより、シート切断に伴うナイフシリンダへの負荷を軽減することができる。
【００１１】
上述のように、ナイフシリンダに対しナイフを螺旋状に形成すると、直線状にナイフを設けた場合に比べて、シートに対するナイフの噛み込みが生ずる回転区間が、その螺旋を見込む角度幅に対応して増大するので、前述の同期回転の角度幅も大きく確保する必要がある。この場合、シートの幅が減少すると、シートに噛み込むナイフ部分の長さが減少するので、必要な角度幅もその分だけ小さくなる。従って、同期回転の角度幅を少なくともシートの幅に応じて変更することにより、シートの切断能率を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
すなわち、図１を援用して示すシート切断装置１は、段ボールシートの製造工程の下流部で、帯状の段ボールシートＡSを所定の長さに順次切断するものとして構成されており、１対のナイフシリンダとして、上ナイフシリンダ２と下ナイフシリンダ３とが、互いに上下にほぼ平行に並んだ位置関係で水平方向に延び、それぞれ両端部においてフレーム４によって回転可能に支持されている。そして、回転駆動手段として例えばモータ５が設けられ、その出力軸６に固定されたギア７が、ギア８を介して下ナイフシリンダ３を回転させる。一方、上下のナイフシリンダ２及び３は、両端において同径のギア８、９によって噛み合っているため、上下のナイフシリンダ２及び３は互いに逆向きに同速度で回転する。これら上下のナイフシリンダ２及び３には、それぞれその周面から突出するようにナイフ１２及び１３が装着されており、シリンダ２及び３の回転に従い互いに協働して段ボールシートＡSを切断する。なお、各ナイフ１２及び１３は、シリンダ２及び３の軸線に対して螺旋状に設けられており、段ボールシートＡSをその幅方向の一方の側から切断を開始して、他方の側で切断を終了するようになっている。
【００１３】
モータ５は、例えばその回転速度及び回転位置を検出するためのパルスエンコーダ(I)２０を備えた交流ないし直流サーボモータにより構成されている。一方、図１（ｂ）に示すように、シートＡSの上方において両側のフレーム４にまたがるように梁部材４ａが設けられており、この梁部材４ａに、シートＡSの幅方向中央においてその上面に接触して回転するメジャリングロール２１が取り付けられている。そして、このメジャリングロール２１に接続されたパルスエンコーダ(II)２２がシートＡSの送り速度及び送り量を検出し、その検出値に基づいて、定められた切断長でシートＡSが上下のナイフ１２及び１３により切断されるように、モータ５（すなわち上下のナイフシリンダ２及び３）の回転が制御されることとなる。
【００１４】
図６は、シート切断装置１の制御部の構成を示している。すなわち、該制御部は、Ｉ／Ｏポート２６とこれに接続されたＣＰＵ２７、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ２９を備えたマイクロプロセッサ２５を主体に構成されている。Ｉ／Ｏポート２６には、前述のパルスエンコーダ(I)２０、同(II)２２、及び段ボールシート製造工程全体の制御を管理する中央管理装置３０が接続されている。また、モータ５は、モータドライバ３１を介してＩ／Ｏポート２６に接続されている。なお、マイクロプロセッサ２５は、角度幅設定手段及びナイフシリンダ駆動制御手段の主体をなす。
【００１５】
マイクロプロセッサ２５のＲＯＭ２８には、シート切断装置１の全体の制御を司るための制御プログラム２８ａ、ナイフシリンダ２及び３の同期回転角度幅θを、シート厚さｔ（及び／又はシート幅ｗ）に基づいて演算する角度幅演算プログラム２８ｂが格納されている。このシート厚さｔないしシート幅ｗ等のデータは、中央管理装置３０から送信されてくるものを取得して使用することができるが、例えばＩ／Ｏポート２６に接続された入力部３２から入力するようにしてもよい。
【００１６】
以下、シート切断装置１の作動について図７のフローチャートを用いて説明する。なお、シート切断の基本的な原理は図２〜４で説明したものとほぼ同様であるので、説明は本発明の特徴部に絞って行うものとする。
【００１７】
まずＳ１において中央管理装置３０から、シート厚さｔ、シート幅ｗ、シートの切断長Ｌ及びシート送り速度ＶSの設定値を取得する。続いてＳ２において、同期回転角度幅θを算出する。その算出方法の一例を、図８を用いて説明する（なお、以下の説明においては、角度の単位として度（°）を用いる）。すなわち、両シリンダ２及び３の軸線間距離をδとし、さらに各シリンダの軸線からシートＡｓのシート面までの距離をそれぞれｄ及びｅとした場合、シート厚さｔは、
ｔ＝δ―（ｄ＋ｅ）‥‥‥(1)
で与えられる。ここで、上下のナイフシリンダ２及び３による各カッター１２及び１３の回転半径をそれぞれＲ1及びＲ2とすれば、ｄ及びｅは算出すべき角度幅θを用いてそれぞれ次のように表される。
ｄ＝Ｒ1ｃｏｓ（θ／２）‥‥‥(2)
ｅ＝Ｒ2ｃｏｓ（θ／２）‥‥‥(3)
そして、(1)〜(3)からｔは、
ｔ＝δ−（Ｒ1＋Ｒ2）ｃｏｓ（θ／２）‥‥‥(4)
となる。それ故θは、
θ＝２Ｃｏｓ−１（（δ−ｔ）／（Ｒ1＋Ｒ2））‥‥‥(5 )
により算出することができる。
【００１８】
次に、ナイフ１２及び１３が螺旋状になっていることの影響について、図９を用いて説明する。すなわち、螺旋状のナイフの、ナイフシリンダの軸線Ｐに対するねじれ角をα、シリンダの周面の幅をＬCとすると、そのねじれたナイフを見込むシリンダの中心角θ’は、
θ’＝（ＬCｔａｎα／２πＲ）×３６０°‥‥‥(6)
となる（ただしＲはナイフの回転半径）。ここで、ナイフの長さ方向中央に基準位置Ｑを設定し、シートＡSが、その中心線ＳＳがこの基準位置Ｑとほぼ重なる位置関係で搬送されている場合、シリンダの回転に伴う基準位置Ｑの移動に対し、ナイフ１２の一端はそれよりもθ’／２だけ進んで、他端はθ’／２だけ遅れて移動することになる。従って、ナイフ各部のこれら進みないし遅れを補正するために、(5 )式で算出される同期回転角度幅θに対し、（θ’／２）＋（θ’／２）＝θ’だけ加算すればよい。なお、ナイフが螺旋状でなく、シリンダ２（３）の軸線方向に直線的に設けられている場合は、この補正は不要である。
【００１９】
また、上記算出された同期回転角度幅θは、その前後に若干の余裕を持たせ、例えばその余裕分をγとしてθ＋γに設定することも可能である。また、同期回転角度幅θは、設定されたシート厚さｔに基づいて算出するのではなく、例えば厚さｔの各種値に対応する角度幅θの値を、角度幅テーブル２８ｃ（図６）の形でＲＯＭ２８等に記憶しておき、このテーブル２８ｃに基づいて角度幅θの設定を行うようにしてもよい。
【００２０】
図７に戻り、同期回転の角度幅θの設定が終了すればＳ３に進み、該角度幅θ、シート送り速度ＶS、及びシートの切断長Ｌ等に基づいて、ナイフシリンダ２及び３の回転パターンを設定する。この場合、切断長Ｌ分のシート送りとナイフシリンダ２及び３の１回転とのタイミングを合わせるために、切断長Ｌがナイフの回転周長よりも短尺の場合は、シート切断時は該ナイフシリンダ２及び３が同期回転速度で回転し、切断終了後は次の切断が開始されるまでの間において、上記同期回転速度よりも高速で回転する増速区間が生ずるようにパターン設定が行われる。一方、切断長Ｌがナイフの回転周長よりも長尺の場合は、その増速区間が、同期回転速度よりも低速で回転するする減速区間（あるいは回転停止区間）で置き換えられたパターン設定となる。
【００２１】
ナイフシリンダ２及び３の回転パターンが決定されれば、Ｓ４に進んでナイフを回転開始位置にセットし、次いでＳ５において、設定されたパターンに従いナイフシリンダ２及び３を回転させて、シートＡSの切断を行う。すなわち、パルスエンコーダ(II)２２により、シートＡSの送り速度及び送り量を検出し、その検出結果に基づいてモータ５を、設定されたパターンに従い制御しながら継続的に回転させることにより、シートＡSの切断が順次行われる。その処理の流れはＳ６〜Ｓ１１に示す通りである。
【００２２】
なお、図９に示すように、前述の補正角度θ’として、シート幅ｗを見込む中心角を採用すれば、最同期回転角度幅θをより過不足なく設定することができる。この場合、θ’は、(6)式において、ＬCをシート幅ｗで置き換えることにより算出される。なお、シート幅ｗは、中央管理装置３０から取得することができるが、切断装置１の上流側で適当なセンサを用いて実測するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となるシート切断装置の全体的な構造の一例を示す図。
【図２】その切断作用の一例を示す図。
【図３】同じくその切断作用を段階的に説明する図。
【図４】同期回転角度幅の説明図。
【図５】最適の同期回転角度幅が、シートの厚さにより変化することを説明する図。
【図６】図１のシート切断装置の制御部のブロック図。
【図７】その制御の流れを示すフローチャート。
【図８】同期回転角度幅の算出方法の説明図。
【図９】ナイフのねじれに対する補正角度の算出方法の説明図。
【符号の説明】
１  シート切断装置
２  上ナイフシリンダ
３  下ナイフシリンダ
５  モータ
１２、１３  ナイフ
２５  マイクロプロセッサ（角度幅設定手段、ナイフシリンダ駆動制御手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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