WO2000053397A1 - Procede et dispositif de thermoscellage - Google Patents

Description

明 細 書 ヒー トシール方法および装置 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ブラ 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方法および装置 に関するものである。 背景技術

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 （熱融着性） 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、 バ一シール法、 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一トをこ 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一 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一 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。

原則的に、 熱融着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こることがあった。 シールされるべきシ — 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が難しい。 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ょう とすると、 製造スピードが遅く なつ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 卜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。

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、 シ一 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。

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方法および装置の提供を課題とし て掲げた。 発明の開示

本発明のヒー トシール方法は、 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、 複数枚の熱融着性シートを 通過させることによ り ヒー トシールする方法であって、 1つの対向口一 ルに対し、 シール刃が形成されているシール用口一ルを複数個設けて、 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る。 この構成の採用によって、 シー トの同一部分に複数回ヒ一 トシ一ルを施 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一 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。 図面の簡単な説明

第 1 図は、 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。 第 2図は、 シー ト押さえ具の構造を示す説明図である。

第 3図は、 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。

第 4図は、 シー ト押さえ具の動きを示す説明図である。

第 5図は、 シー ト押さえ具の動きを示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態

請求の範囲第 1項に係るヒー トシール方法は、 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、 複数枚の熱 融着性シー トを通過させることによ り ヒー トシールする方法であって、 1つの対向ロールに対し、 シール刃が形成されているシール用ロールを 複数個設けて、 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 たものである。 こ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。

請求の範囲第 2項に係るヒ一 トシール方法は、 請求の範囲第 1項に係 る方法とは逆に、 複数個のシール刃が形成されている 1つのシール用口 ールに対し、 複数個の対向ロールを設けた構成であるが、 請求の範囲第 1項に係る方法と同様に、 上記効果が得られる。

請求の範囲第 3項に係る方法は、 上記いずれの方法においても、 対向 ロールがシー ト保持手段を備えているものである。 シー トの蛇行を防ぎ. シール部の位置ずれを防止する効果が一層発揮される。

請求の範囲第 4項に係るヒ一 トシール装置は、 請求の範囲第 1項に記 載のヒー トシール方法を行うための装置であって、 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口一ルすべてに当 接する 1個の対向ロールを備えているものであり、 請求の範囲第 5項に 係る装置は、 請求の範囲第 2項に記載のヒー トシール方法を行うための 装置であって、 複数のシール刃が形成されたシール用口一ルを 1個と、 シール刃の数と同数の対向ロールを備えているものである。 いずれの構 成も、 本発明のヒー ト シール方法を行うのに有用な装置である。

請求の範囲第 6項に係るヒー トシール装置は、 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。

請求の範囲第 7項に係るヒー トシール装置は、 請求の範囲第 6項にお いて、 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。

請求の範囲第 8項に係るヒー トシール装置は、 シール用ロールのシ一 ル刃近傍がダイヤモン ドライ ク力一ボンで被覆されているものであり、 請求の範囲第 9項に係るヒー 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 ク力一ボンで被覆されているものである。 ダイヤモン ドライ ク力一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。 以下、 本発明をよ り詳細に説明する。 通常、 軟弱な簿物シー 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力 シール時に加熱 されてシ一 卜が軟化すると、 テンションカ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 レ、。

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。

第 1図には、 3個のシール用ロール （第 1 シ一ル用ロール 1 1、 第 2 シール用ロール 1 2、 第 3シール用ロール 1 3 ) 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 1 1〜 1 3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 1 1〜 1 3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 1 1〜 1 3近傍に、 棒状 のシーズヒー夕を設けた り、 高周波による加熱手段、 遠赤外線ヒー夕、 オイルヒ一夕等の別の加熱手段を併用してもよい。

2枚の連続するシー ト 3 1、 3 2が、 第 1 シール用ロール 1 1 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 3 1、 3 2はシール部分によって一体化されたシー ト 3 3 となる。 シ — ト 3 3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 1 2 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の周速をそれそ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 1 3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。

シー ト 3 1、 3 2は、 いずれかが熱融着性であればよい。 各シー ト 3 1、 3 2が既に何枚かのシ一 トが積層された多層シ一 卜であってもよく . この場合は、 シー ト 3 1のシール面 3 1 a、 またはシート 3 2のシール 面 3 2 a側に、 熱融着性素材を設ける必要がある。

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一 卜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 3 3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。 シ一 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。

①エア一吸引孔

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一 トを介して当接する部分） 以外で、 シー ト 3 2 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 3 3を吸引保持しなが ら移動させる。 これによ り、 シー ト 3 3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 3 1 または 3 2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。

②摩擦抵抗増大 （低減） 手段

シー ト 3 2が不織布のような通気性のある繊維状シ一 トの場合、 ロー ル （シール用ロール 1 1 〜 1 3 または対向口一ル 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 3 3 が流れ （移動） 方向に延びやすく、 シー ト 3 3の幅方向が狭くなつてシ 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 3 3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. 口一ルの摩擦抵抗が大きすぎるとロールに卷き付いて しまう。 このよう な場合は、 ロールからシー ト 3 3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、 ゥ レ夕ン等の摩擦抵抗増大素材や、 テフ ロ ン、 M Cナイ ロン、 各種シリコ ン等の摩擦力低減素材を被覆 · 揷入する。 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。

③シー ト押さえ具

シート押さえ具は、 シー ト 3 3 を対向ロール表面に押さえ付けるため のものである。 速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、 第 2図お よび第 3図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 4 1、 4 2 を形成し、 溝 4 1 に沿ってスライ ド変位可能 なシー ト押さえ具 5 1、 5 3 と、 溝 4 2 に沿ってスライ ド変位可能なシ ー ト押さえ具 5 2、 5 4を設ける。 シー ト押さえ具 5 1〜 5 4は、 対向 ロール 2 と一体に回転する。 一方、 シー ト押さえ具 5 1、 5 2、 5 3、 5 4には、 それそれカムフロア 6 1、 6 2、 6 3、 6 4が突設されてい る。

シー ト押さえ具 5 1 の先端部分 5 l x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 5 1 に連結するカムフ ロア 6 1、 シー ト押さえ具 5 3 に連結するカムフロ ァ 6 3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 5 2および 5 4 . カムフ ロア 6 2、 6 4 も同様に構成されている。

第 4図および第 5図に、 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。 第 5図に示すよう 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 1 ₂を保った円弧状軌 跡を描くが、 Zゾーンにおいては、 1 ₂よ り短い距離 1 を保つ円弧状 軌跡を描く。 従って、 第 4図のシー ト押さえ具 5 4の先端部は対向口一 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 6 4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 5 4 b ) と、 シー ト押さえ具 5 4 bは軸心に近づく ようにスライ ド変位する。 こ のため第 5図にも示すように、 シー ト押さえ具 5 4 bの先端部 5 4 X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 5 1は、 シー ト押さえ具 5 4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 （ 5 1 b ) へと 変位する。

第 4図において、 Zゾーンは、 シール用ロール 1 1 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 1 3 と対向ロール 2の間に シー ト 3 3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 つて、 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シ一 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。

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、 ソレノィ ドアクチユエ —夕またはエアシリ ンダ等を利用してもよい。

なお、 第 1図において、 シール用ロールと対向ロールは、 逆であって もよい （請求の範囲第 2項および第 5項の構成） 。 すなわち、 3個の対 向口一ル （ 1 1 , 1 2 , 1 3 ) 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 —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。

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、 もちろん第 1図の 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 6 0 %以上含むポ リ オレ フ イ ン系シー ト 2枚を線状シールで接 合する場合であれば、 8 0 °C以上で、 シール線 1 m m当たり 2 0〜 6 0 k g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、 シール用口 —ルゃ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。

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。

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〜 2 0 m m程度口一ル周面から突設しているので、 シ一ル刃全体、 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 ドライク力 —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。

ダイヤモン ドライ ク力一ボンとは、 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 C V D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、 ァ 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。 産業上の利用可能性

本発明のヒー トシール法および装置は、 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一 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 トシ一 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。

さらに、 ヒー トシール刃近傍や対向口一ル周面をダイャモン 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。

Claims

請 求 の 範 囲

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口

—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 る方法であって、 1 つの対向ロールに対し、 シール刃が形成されている シール用ロールを複数個設けて、 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ることを特徴とするヒー トシール方法。

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口 ールとの間に、 複数枚のシ一 トを通過させることにより ヒー トシールす る方法であって、 複数個のシール刃が形成されている 1つのシール用口 ールに対し、 複数個の対向ロールを設けて、 同一シール部を複数回シ一 ルすることができるようにしたものであることを特徴とするヒ一トシ一 ル方法。

3 . 対向ロールまたはシール用ロールがシ一 ト保持手段を備えている請 求の範囲第 1項または第 2項に記載のヒー トシール方法。

4 . 請求の範囲第 1項に記載のヒー トシール方法を行うための装置であ つて、 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いることを 特徴とするヒー トシール装置。

5 . 請求の範囲第 2項に記載のヒー トシール方法を行うための装置であ つて、 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いるこ とを特徴とするヒートシール装 置。

6 . 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 である請求の範囲第 4項または第 5項に記載のヒー トシール装置。

7 . 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 ト押さえ具である請求の範囲第 6項に記載のヒートシール装 置。

8 . シール用ロールのシール刃近傍がダイヤモン ドライ クカ一ボンで被 覆されているものである請求の範囲第 4項〜第 7項のいずれかに記載の ヒー トシール装置。

9 . 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の範囲第 4項〜第 8項のいずれかに記載のヒー ト シール装置。