JP2018149641A - カット長可変対応ロータリーカッター - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｗｅｂ（紙、フィルムなど）を任意の長さにカット出来る様間欠駆動できるロータリーカッターにおいて従来のロータリーカッターはカッターローラーとアンビルローラーがそれぞれ重く、且連結されて駆動するため慣性モーメントが大きく、間欠駆動に非常に大きなモーターを必要とするかもしくは困難であった。
【解決手段】 図２のような直径の小さいカッターローラーを用い、かつアンビルローラーと駆動を切り離すことで慣性モーメントが著しく減少し、高速での間欠動作が可能になった。また、今まで困難であった任意の位置にミシン目を形成することも可能になった。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｗｅｂ（ロール状の紙、フィルム等）を所定の長さにカットするために用いるロータリーカッターの改良に関するものである。

Ｗｅｂのカットにはロータリーカッターが普通に使用される。図１は標準的なロータリーカッターを示したもので、１（Ｗｅｂ）が２（アンビルローラー）と３（カッターローラー）の間を通過する。３（カッターローラー）には４（カッター刃）がローラーの長手方向に装着されている。４（カッター刃）は２（アンビルローラー）と圧接する。２（アンビルローラー）と３（カッターローラー）通常１：１の歯車で結合されており、互いに逆方向に同じ回転数で回転している。３（カッターローラー）一回転ごとにＷｅｂをカットする。通常はカッターローラーの周長がＷｅｂのカット長となる。

Ｗｅｂのカット長はロールカッターの直径に依存しているため、カット長を容易にまたは任意に変更は出来ない。
カット長を可変にするためにはローラーを間欠回転させなければならない。つまり刃の停止位置から急加速しＷｅｂの速度でカットしその後急減速させ一回転して元の位置で停止する動作を行わなければならない。

図３に一回転の動作を示す。５１（カット位置）は２（アンビルローラー）と４（カッター刃）が接触する位置で、ここでＷｅｂがカットされる。５３（Ｗｅｂと同速度領域）で２（アンビルローラー）と３（カッターローラー）の周速度はＷｅｂと同じでなければならない。３（カッターローラー）はカット指示のシグナルによって５２（カッター刃停止位置）から角度Ｃの間加速し、Ａの角度でＷｅｂと同じ速度に達する。角度Ｂの領域で急減速し、５２（カッター刃停止位置）で停止する。これで１カットの動作が完了する。次のカット指示シグナルで上記動作が繰り返される。

ロータリーカッターの２本のローラー（カッターローラーとアンビルローラー）はふつう鉄で出来ていて、直径は１０ｃｍ程度でロール長はＷｅｂにもよるが５０ｃｍから１ｍ程度である。これらの慣性モーメントは最大０．２ｋｇ平方メートルにもなり、Ｗｅｂ速度１．５ｍ／ｓの時には１８Ｎｍものトルクが必要になる。

このためこの２本のローラーを駆動させるためには高トルクのモーターが要求される。Ｗｅｂプリンターの高速化などでますますトルクが必要となり高速化の阻害要因となっている。

Ｗｅｂの速度が上がると実用的な設計は極めて難しく、やむなく一定速度で回転させる定長カッターが採用される。本発明は高速でも間欠動作出来るロータリーカッターを提供することでこの問題を解決する。

本発明は上記目的を達成するために慣性モーメントを極力小さくしたロータリーカッターを実現する手段を提供する。

従来の機構（図５参照）はカッターローラーとアンビルローラーがギア比１：１の歯車の連結されたものとなっているが、この結合をやめ、それぞれ独立して動くようにする。アンビルローラーは別途用意されているＷｅｂ搬送装置から駆動し、Ｗｅｂと同じ速度で常に回転させる。これにより少なくとも急加減速させるのはカッターローラーのみとなる。
これによって概略慣性モーメントが半分になり必要トルクも半分となる。

また、刃の停止位置もカット位置の１８０度対向する場所ではなく、減速に対して加速により時間をかけるようにする。図３における角度でＢとＣの関係は、 減速時は機械の摩擦抵抗が減速方向に加算される力となるので加速に対して実質のトルクで加速時よりも増大するためＢ＜Ｃとなるようにする。またＡもマージンが取れる範囲で出来るだけ小さくし、その分Ｃを大きくする。

さらに高速で動作させるために、カッターローラーの形状の改善を以下に示す。ローラーの慣性モーメントを小さくするためには、単に質量を下げるだけでなくその径を小さくすることで大きな効果を得る。

図２で３ａ（改良カッターローラー）がその一例である。４ａ（カッター刃）の先端の半径（軸中心からの距離）は改良前の４（カッター刃）と同一にする。３（カッターローラ）の直径を１００ｍｍとしたときに３ａ（改良カッターローラー）の直系は５０ｍｍ前後とし、４ａ（カッター刃）を取り付けるリブを設ける。これにより慣性モーメントはさらに減少できる。

表１は従来の構造のロータリーカッターとアンビルローラーを分離駆動した場合、そして慣性モーメントを下げた設計のカッターローラーの慣性モーメントの比較と必要とされるモータートルクを示したものである。カッターの幅は５０ｃｍ、Ｗｅｂの速度は１．５ｍ／ｓとした。これは１秒間に５回カットする速度である。

計算結果から改良カッターローラー慣性モーメントは従来の構造のものに比べて３％と激減し、必要トルクも１８Ｎｍから０．５Ｎｍと小型モーターでの駆動が可能になる。

従来のロータリーカッターの斜視図 本発明による改良されたカッターローラーを使ったロータリーカッターの斜視図 ロータリーカッターが間欠動作の場合の一回転における加速領域、減速領域、カット領域の関係を示したもの Ｗｅｂのカットする様子の模式図、図４ａは従来の機構でＷｅｂのカット長を変えることが出来ないもの（カッターローラーが一定速度で回転している）、図４ｂは本発明の機構で、カット長の変更が容易であることを示したもの。（カッターローラーが間欠的に駆動） 従来のカッターローラーとアンビルローラーが歯車で結合されている様子。 各方式の時の慣性モーメントと必要トルクを計算したもの。

従来の機構のままで間欠動作が可能なＷｅｂ速度を見出した。結果は６００ｍ／ｓでカット回数は１秒間に２回であった。これはＷｅｂのカット長がローラーの周長とほぼ同じ３００ｍｍに対応している。以下すべての実施例のＷｅｂのカット長は３００ｍｍである。また、使用しているパルスモーターの定格トルクは４Ｎｍである。

アンビルローラーは従来のまま締結歯車を外し、Ｗｅｂ駆動モーターからタイミングベルトで駆動させた。カッターローラーのみ従来から装着されていたモーターと結合した。結果、Ｗｅｂ速度は９００ｍ／ｓが限度でカット回数は１秒間に３回だった。

改良カッターローラーは長さ５００ｍｍ、直径４０ｍｍ、刃取り付けリブの厚みは５ｍｍ、長さ２９ｍｍで刃を１ｍｍ飛び出して装着した。アンビルローラーは実施例２と同等。
結果、Ｗｅｂ速度が１５００ｍ／ｓでも支障なく駆動した。１秒間に５回カットした。
計算では、１秒間に１１回カット（Ｗｅｂ速度３３００ｍｍ／ｓ）が可能である。

改良カッターローラーは長さ５００ｍｍ、直径６０ｍｍ、刃取り付けリブの厚みは５ｍｍ、長さ１９ｍｍで刃を１ｍｍ飛び出して装着した。アンビルローラーは実施例２と同等。
結果、Ｗｅｂ速度が１５００ｍ／ｓでも支障なく駆動したが、この速度がほぼ限界であった。

１ Ｗｅｂ （紙、フィルム等）
２ アンビルローラー
３ カッターローラー （３ａ）
４ カッター刃 （４ａ）
５ カッターローラーの刃の位置 （５１、５２、５３）

Claims (2)

1. Ｗｅｂ（紙、フィルムなど）のロータリーカッターにおいてカッターローラーとアンビルローラーが独立して駆動出来、アンビルローラーはＷｅｂ速度で連続して回転し、かつカッターローラーが間欠動作（カッターローラーが一回転ごとに一旦停止する動作）が可能な駆動方法且つ、カッターローラーのカッター刃取付け部分を除いた部分の半径をアンビルローラーの半径の６０％以下とし、カッター取り付け部分の厚みをカッターローラーの直径以下とすることを特徴としたカッターローラーとアンビルローラーを有するロータリーカッター。
2. 前記カッターローラーのカッター刃をミシン目カッター刃にすることにより、任意の位置にミシン目を形成することが出来るミシン目カッター（パーフォレーター）

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