TW499526B - A paper board core with an improved chuck strength, for paper industry, and a method of fabricating such - Google Patents

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499526 A7 、 B7 五、發明説明（/ ) 本發明關像一種根據申請專利範圍第1項序文所述製 作紙工業用之紙板芯管之方法，該具有改良夾持強度和 壁厚之紙板芯管之壁厚Η為10毫米以上而内徑超過70毫 米。此種芯管被用於至少約為200米/分鐘（3.3米/秒） 之收捲/釋放速率。本發明也關俗一種製作所謂高夾持 強度而尺寸相似之其他紙板芯管之方法。本發明S關偽 以此方法所構成之盤旋纏嬈之厚壁芯管。 印刷工業和轉換紙的工業所用之芯管，在此稱為紙工 業芯管。此種芯管的具有厚壁，壁厚Η至少為10毫米， 旦内徑超過7 0毫米。 旋繞的紙板芯管是用旋繞、上膠、並使其乾燥之多股 紙板重叠所製成。 在紙、膜、和織物工業中所産之Η狀物，通常被收捲 於芯管上而成卷。用紙板製成之芯管，特別是將多股紙 板，以一股膠著於另股之上而盤旋纏繞於一特別的旋嬈 機中予以製成。用於形成芯管所霈之紙板股條之寬度、 厚度和數量隨所製造芯管在尺寸和強度上的需求而定。 通常，股條的寬度是50至250毫米（在特殊情形中約為500 毫米），股條厚度約0.2至1.2毫米，而股條數約為3至30 條（在特殊情形中約為50條）。紙板股條之強度隨所應符 合之芯管強度需求而定。以通則而言，増加紙板股條 強度也增高其僎格。簡言之，較強之芯管比較貴，確為 事實。 在轉換紙的工業中，所用紙卷的重量，例如在印刷機 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（ 210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂t 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499526 A7 、 B7 五、發明説明（二） 中，不斷加重，故旋捲的芯管需要更高的強度和更大的 容器。紙卷的重量從新聞紙和高級紙的600-1800公斤而 至轉輪凹板印刷卷約2 4 0 0- 5 5 0 0公斤不等。為了試驗的 目的，曾經製得最大紙卷重約6500公斤，則最大紙卷之 直徑通常以1.24至1.26公尺為最大。 印刷機通常使用兩種尺寸之芯管，最常用的芯管尺寸 是内徑76毫米（3时）而壁厚為13或15毫米。目前，最寬 而最快的印刷機，亦即所用紙卷最重，其内徑為150毫米 (6吋）而正常壁厚為13毫米。 印刷機之設計須能處理直徑為1·35米之紙卷；甚至依 估計曾有1· 5米紙卷。若紙卷寬度増大至3. 6米，則紙卷 重量増大甚多，大於6.5噸，甚至達8· 5噸。 通常在上逑印刷工業或轉換紙的工業中，内徑最常用 者為76毫米（3时），則所用紙板芯管之股條寬度約為120 至150毫米；若内徑為150毫米（6吋），則股條寬度達190 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •I裝· 、一 約10 至為 15約 約常 由通 α厚 度壁 角之 嬈管 纏芯 均板 平紙 則 〇 ，變 狀改 形而 何徑 幾直 管管 芯芯 依隨 ο > 米C 毫 3 繞 0 均 平 ο 米 毫 ο 2 至 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 收 〇 一 管 於芯 成板 形紙 是之 卷繞 紙纏 為 Ο 常 示乎 所幾 圖管 3 芯 第捲 下收 p 如種 在此 義 ， 定上 之管 a 芯 度的 角捲 到為 受約 中由 放藉 釋 ， \ 軸 捲轉 收的 軸一 無唯 的作 卷當 紙被 如管 諸 ί心 在中 度其 強在 持 ， 夾視 Sttm 一 1 S 好的 良別 特 者 5 写 2 S— 至 〇 50量 S 的 卷 紙 擔 承 部 局 或 部 全 頭 夾 短 之 度 長 米 毫 之 需 所 軸 捲 自 受 承 能 可 具 夾 中 機 刷 印 在 4 準 標 家 一國 j國 一中 用 |適 Η -尺 I張 -紙 本 釐 公 97. _I___ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^ B7 "..... ............... 11 ' ' -i 11 _ _ 丨·· -- 發明説明（3) 加逮皮帶之壓力。加速皮帶可能在芯管上造成甚至為1 至2噸的應力。 在紙廠中，若用所謂中心收捲型的切斷捲取機製成紙 卷時，夾持強度是一項主要要求。 在無軸收捲和釋放當中，紙卷的重量在夾頭上造成芯 管中的各種應力，其中以剪應力和徑向應力為最危險。 當重量相等之各紙卷被支持時，各項應力隨芯管管壁 強度和其内徑之程度和形狀而有所不同。在芯管内各點 應、力形狀，以及出現最大應力之黏，可以藉計算而得， ft可藉實驗求得，例如用根據歐洲專利309 123之方法和 儀具。 如上所討論，各種芯管在被使用時承受各種應力，其 如在紙卷之中。在無軸收捲/釋放中，芯管被當作唯一 的轉軸，用一短的夾具支持整値或局部的紙卷重量〇加 速皮帶所造成的壓力，是在印刷機上變更自動捲軸之所 需，可能附加於重量上。 在此種情形之中，芯管變成接受多種應力，芯管之應 變可能造成其破裂。如果紙板芯管是一種正交各向異性 的材料，瞭解此等_力是一種高度正確的任務。 用業者熟知之先進模擬方法，剪力、壓迫或平軋、和 拉伸等應力可以被分析以得知何處出現不同的應力，以 及在實際應用中，在芯管壁内各應力的深度，和其嚴重 性。分析的結果可依實驗確證，例如用根據ΕΡ 3()9 123 專利的方法和儀具。以根據Ε Ρ 3 0 9 1 2 3之方法可以模擬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇x297公釐）- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

499526 A7 B7 五、發明説明（仏） ml· ml IJJV —^ϋ- alj— ^ϋι ϋϋ ϋ_ϋ ϋϋ ml ϋ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在使用狀況中芯管的應力。這些出現於使用狀況的各種 應力，用依限定元素法計算而模擬。我們曽用夾頭負載 的應力分析，已經求得並經實驗證明（用根據EP 3Q9 123 的儀具），確定最駸重的ζ方向應力幾乎全出現於芯管 壁中間，稍向芯管的内表面。ζ方向在此指垂直於紙板 股條表層之方向，亦即在完成的芯管橫截面内，在芯管 半徑方向。 指向各股條的ζ方向最大拉伸和剪切應力是徑向，發 生於接近芯管壁之中間，稍向其内。 我們已說明引發本發明之問題區域。從先前技術的回 顧掲露出美國專利3, 194, 275,然而其所處理的問題和 其所提供的解決辦法，與本發明完全不同。美國專利 3 , 1 9 4 , 2 7 5將於隨後詳細說明本發明時另予討論。本發 明與美國專利3 , 1 9 4 , 2 7 5所掲示之處置之間的比較，指 出各項問題和所引起的解決辦法彼此不同。 本發明之一項目的，在提供一種用於紙工業製作厚壁 紙板芯管的改進而更有效的方法，壁的厚度為1 〇毫米以 上，而内徑超過70毫米。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之S —目的，在提供一種増進用於紙業用厚壁 紙板芯管之夾持強度，其壁厚超過10毫米而内徑超過70 毫米者；和需要高夾持強度之其他紙板芯管兩者，同時 提供在使用中具有較佳性質之新型厚壁纏繞紙板芯管。 本發明再另一目的在解決現用上述厚壁、纏嬈芯管之 相關問題，並給予解決辦法，以符合不斷增加卷重所設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）- 499526 A7 B7 五、發明説明（Γ ) 置之需要，尤其是芯管的夾持強度。 這些目的藉由所附申請專利範圍之各項安排而達成。 如上所討論，常用者之壁厚-内徑數字例如15毫米X 76毫米和13毫米X 150毫米。在最大的芯管，例如13毫米 Χ300毫米（10毫米X3G0毫米）者，所載夾頭所形成之各 項應力，由於芯管之幾何形狀，自然低於具有比較小直 徑之紙工業用芯管。因此，例如1 3 X 3 0 0毫米芯管本身 之夾持強度高於小直徑芯管之夾持強度。這是因為内徑 大，則相對於轉軸之芯管負載區域大。本發明不涉及所 具壁厚小於1 0毫米之紙板芯管。紙業用芯管必須具有厚 壁，亦即10毫米以上，使其能夠受夾頭鉗住（夾頭膨脹） ，並使其能夠在芯管表面和一背棍間形成一値夾隙。尤 其，捲取機和切斷捲取機的幾何形狀霈要足夠的芯管壁 厚度，在實用上為10毫米以上。本發明之安排增進了具 不同直徑之所有各種紙工業芯管的生産速率，但其增進 夾持強度之優點則強調於小直徑的紙業芯管。改良的夾 持強度，其最大特徽建立於具有3吋（約76毫米）内徑之 最常用芯管。夾持強度之明顯改良亦以具有6时（約150 毫米）内徑之芯管達成。 根據本發明之安排，也可應用於其他紙板芯管，其為 用於印刷業和紙的轉變工業，需要高的夾持強度而芯管 尺寸與根據本發明相似者。 本發明解決破裂折斷機轉所形成之芯管祈斷問題。在 紙工業中，當芯管祈斷發生之時，在實際上是最時常發生 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499526 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（< ) 的機轉。在此，芯管的祈斷是發生於其芯管壁内的圓筒 表面，在其中將可發現圓筒表面有最大的應力。因此， 我們已提出在圓筒表面層次和其附近之芯管股條寬度和 紙張的邊緣長度作為本發明所逑特性。原則上，可以用 相關的内在或外在股條作成相對應的限定，其尺寸由選 擇芯管尺寸而決定，並在應力最大的表面固定每1延米 (Linear metre)芯管的股條長度或股條寬度。 因此，根據本發明之一項主要目的，特別在芯管的橫 截面壁方向，亦即z方向中代表最大應力的圓筒形表面 上，但也在芯管壁上其他位置中，使其間比較少有導致 祈斷的引發破裂潛在點。為了影饗引發破裂的潛在點， 也卽減少其數量，使有可能特別影饗芯管的夾持強度 (脫層強度），亦即予以增大。 根據本發明之處置，為了改善用於紙工業之厚壁紙板 芯管的夾持強度，蓮用如下之各項發現。 若用狹的股條，則每延米芯管只形成小的節距，因而 在每一單位長度的芯管中，其各股條之間有若干間隙。 若加寬紙板股條，則每延米芯管中各間隔的長度可以減 小。 本發明的基本構想就是水戰少每延米芯管中的間隙長 度，因此所提供紙工業用的芯管，其每延米股條之紙張 邊緣線比以前少，亦即每延米芯管中比以前較少有引起 破裂的潛在點。 根據本發明改善紙工業用的芯管夾持強度之方法，以 及用此方法構成之厚壁纏繞芯管，將詳逑於後，並參考 - 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）- _ Φ0 0 —•I裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —Ji In · 、1T~— 499526 A7 B7 五、發明説明（？） 附圖，其中 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第la圖是先前技術，内徑為150毫米之芯管之側視示 意圖， 第lb圖是第二種常用於先前技術而具有76毫米内徑之 芯管之侧視示意圓， 第lc圖是根據本發明芯管之側視示意圖， 第Id圖是根據本發明第二芯管之侧視示意_ , 表1表示先前技術13毫米X 150毫米芯管之理論上製 作方式。 第2圖表示在1米長度芯管中中間股條紙張邊緣長度 作為中間股條寛度之函數， 第3圖表示平均纏繞角度α的定義， 第4鼷表示中間股條邊緣長度對夾持強度的影鬱，和 第5圖表示紙板芯管股條寬度，利用與第4圔設計相 同之結構，對芯管的平面壓破強度的影饗。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的構想是提供一種厚壁的紙工業用芯管，可適 用於確定的夾持負載狀況，比先前技術之紙工業用芯管 之安排，每延米芯管具有較短的間隙長度。這是在芯管 製作中使紙板股條的寬度加大而造成。基於以上之發現 ，如果減少每單位長度中的間隙數量，亦即引發破裂的 潛在點，即能促使芯管的容量加大，換言之，夾持強度 和負載容量加大。於是，根據本發明，在具有某種内徑 的芯管中，用比以前較寬的股條。芯管的内徑和壁厚又 再影響待用股條寬度的等级。 第1 a儷是先前技術中1 3毫米X 1 5 0毫米芯管的側視示 -9 ~ 冢紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐）- 499526 A7 B7 五、發明説明（f ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 意画。若股條寬度約為1 5 0毫米，刖每米芯管中間紙張 邊線長度約為3340毫米。第lb圖是第二種常用先前技術 之15毫米X 76毫米芯管之側視示意圖，當股條寬度為約 15 0毫米時，每米此種芯管之中間股條紙張邊緣長度約 為1914毫米。第lc圏為根據本發明之13毫米X 150毫米 芯管之側視示意圖，若股條寬度為約3 6 4毫米，則此芯 管每米之中間紙張邊緣長度約為1410毫米。如果根據本 發明所用者為15毫米X 76毫米之芯管，則中間紙張邊緣 長度約為1410毫米而對應於約為203毫米寬之中間股條 。第Id圖為根據本發明之第二種13毫米X 150毫米芯管 之側視示意圓，當股條寬約4 4 5毫米，每米此種芯管之 中間股條紙張邊緣長度約為1154毫米。如果根據本發明 1 5毫米X 7 6儀具芯管，則中間股條紙張邊緣長度為1 1 5 2 毫米對應於約2 4 9毫米寛之中間股條。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 不同内徑之紙工業用芯管，其特徽在於所附申請專利 範圍依各種芯管尺寸之特性參考值而予利用。經過觀察 所得結果良好，諸如夾持強度和芯管産率增加，乃因所 有相關事項均已考慮，例如當繾繞紙板股條於一模芯使 成為管狀時，是以如下股條施於圓筒形表面，代表在已 完成之紙板芯管壁之厚度方向中。和該圓筒形表面附近 的最大應力，在每1延米紙板芯管中在管壁中間含有紙 板股條。 -具有73至110毫米内徑者 L mp< 1 5 5 0毫米，較佳小於1 4 5 0毫米，更佳小於1 3 0 0毫 -1 0 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）- 499526 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _______B7_五、發明説明（f ) 米， -具有111至144毫米内徑者 Lnip< 1 9 0 0毫米，較佳小於16 50毫米，更佳小於1 5 0 0毫 米，和 -具有145至180毫米内徑者 Lmp< 2450毫米，較佳為2 2 0 0至1 5 0 0毫米，更佳小於 1 5 0 0毫米，其間 [111是在圈筒形表面上紙板股條之紙張邊線長度，代 表每1延米紙板芯管，在紙板管壁内z方向之最大應力。 而a,如紙板芯管内徑為180至310毫米，可達成較佳 結果，優於先前者而増進夾持強度和産率，考慮所有相 關事項，在1米長之紙板芯管中 Lmp< 4 5 0 0毫米，較佳小於3 9 0 0毫米，更佳小於2000 毫米，其中 在已完成芯管壁中之z方向最大應力，位於管壁臨近 中心而稍向芯管内表面之處。雖然圖筒形表面所代表管 壁中z方向最大應力並非確實在壁之中間，然而結構條 件和量測方法實際上小幾乎相同。當某一種寬度已被選 定用作承受最大應力的紙板股條時，包括在壁中間者之 週圍股條，鼴有幾乎相同的理論寬度，如表1中所可見 。表1表示根據先前技術的25股，每股為fl.53毫米厚所 構成13X150毫米芯管之股條寬度之理論研究。股條寬 度由内層1計起，外層股已選定為155毫米。13 X 150毫 米之標記是指具有壁厚13毫米而内徑為150毫米之芯管 -11- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) JL · 、lT. 1· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 499526 A7 B7 五、發明説明（/〇 。如下各參考代字被用於表中· t =股條的次序，1 號指内層股條；sv =t股之壁厚；必 =t股的外徑 ；s =股條寬度+t股中之間隙；elength =每1米 芯管在t股之紙張邊緣長度。最大應力處於大約第ΙΟ-ΐ 1股層， 其間股 層加間 隙之平 均數為 153 ,837毫米 。芯 管壁之中間位於第1 3股層，其間股層加間隙之平均數為 ί 5 4，0 6 6。如所可見，最大應力點和芯管壁之中間兩者， 其股層加間隙之寬度幾乎相等。在1米長之芯管中，結 構各股層的紙張邊緣長度，基於理論研究而計算，在 t =10之股層約為3280.7毫米，而在t = 11之股層約為 3 3 00. 347毫米，如表1所可讀出。若純就實際理由，每 一股層並不具備其本身的寬度，而只有少數股層之寛度 被選澤構成芯管。例如，根據先前技術，一種13X150 毫米之芯管，通常是由154毫米和155毫米兩種不同寬度 之股條所構成。在此種情形中，根據理論上的研究，在 1米長之芯管中，在管壁中間的結構股層的紙張邊緣長 度為3340毫米，如在表1中所可見，在最高應力中之結 構股層的紙張邊緣長度，與在管壁中間股層的紙張邊緣 長度，兩者之差約為5Q毫米。相對應的狀況也在内徑為 7 6毫米之常用芯管中存在。 本發明之優點是強調以纏繞之紙板芯管用於重的紙卷 重量和高的收捲與釋放速率。根據本發明所構成之紙板 芯管是用於至少約為20(1米/分鐘（3.3米/秒）之捲取速 率。根據本發明之紙板芯管有利於8 ϋ G - 9 0 0米/分甚至更 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4g ( 210Χ297公釐）- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7 _ 1'發明説明（"） _李達2500米/分之收捲/釋放速率。紙板股條較寬者 ’每單位長度，亦即每1延米中能集中引發開裂的潛在 紙邊緣較少❶本發明之優點也強調鼷於較重的紙卷重量 和較小的芯管，特別是具有7 6毫米内徑的芯管。本發明 〜穰清楚的改進，使芯管在最寬和最快的印刷機上具有 ^蓮轉性，亦即在其中紙卷最重而能夠符合新設計紙卷 尺4所要求的紙工業用芯管結構。所設計的印刷機是用 於處理直徑為1·35米的紙卷；估計已出現的紙卷有直徑 達於1·5米者。這種印刷機的棍寬將大如3. 6米，因而紙 卷篥量將有可觀的増加，超過6 . 5噸，甚至達8.5噸。本 發明針對這些挑戰提出對芯管結構具有價值和優點的安 _ 〇 根據本發明之較佳安排，説Β月如下： 一種纏繞紙板芯管，其製作是在代表所製芯管管壁中 ζ方向最大應力的圓筒形表面上，以及該圓筒表面附近 ，含有紙板股條的筒壁之中間，股條之寬度為： 用於紙板芯管内徑為： —73毫米至110毫米者， 至少為185毫米，較佳為210毫米以上而更佳為23Q毫米 以上； 用於紙板芯管内徑為： -U 1毫米至1 4 4毫米者， 至少為205毫米，較佳為21G毫米以上而更佳為2 3 0毫米 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（ 210X297公釐）- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •I裝· 、訂' · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499526 A7 B7 五、發明説明（P ) 以上； 用於紙板芯管内徑為： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 4 5毫米至1 8 0毫米者， 至少為210毫米，較佳為2 5 0毫米以上，而更佳為350毫 米至4 5 0毫米以上·，和 用於紙板芯管内徑為： -1 8〗毫米至3 1 0毫米者， 至少為2 2 0毫米，較佳為2 5 0毫米以上，而更佳為3 5 0毫 米至5 0 0毫米，但 各種具有某種直徑之芯管，大部份最大寬度為L ， 而 L roax = ( } X (令寺 # @ β 胃盲-® ) 〇 最常用之3吋和6吋鏞繞紙板芯管，特別是用於紙工 業用，其根據本發明時之製作，是以紙板股條纏繞模芯 使成管狀，其間在1米長紙板芯管中，於代表所製芯管 管壁中z方向最大應力的圓筒形表面上，以及該圓筒形 表面附近，含有紙板股條於筒壁中間，施用於如下各項 條件： -具有約76毫米（3吋）内徑者： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1^1{><15 5()毫米，較佳小於1 4 0 0毫米，更佳小於1300毫 米，而 -具有約150毫米（6吋）内徑者： L mp< 2 2 0 0毫米，較佳為2 0 0 0 - 1 5 0 0毫米，更佳小於 J 5 0 0毫米，其中Liap為在每1延米芯管壁中，於代表紙 板芯管壁中在z方向最大應力的圓筒表面上，紙板股條 -1 4 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）- 州526 A7 —_ — 五、發明説明（，；） 之紙張邊緣。 較佳以如下各項施用於3吋和6时之芯管：一種纏繞 紙板芯管，其製作是在代表所製芯管管壁中z方向最大 瞧力的圓筒形表而上，以及該圓筒形表面附近，含有紙 板股條於管壁之中間，而股條之寬度為： 〜用於紙板芯管内徑為約7 6毫米（3时）者 至少為185毫米，較佳210毫米以上，而更佳為210至240 毫米，和 -用於紙板芯管内徑為約150毫米（6吋）者 至少為2 3 0毫米，較佳250毫米以上，而更佳為25G至450 毫米，但是某一直徑之各芯管以最大股條寬度為L 為 最大，其中 L max =(冗）X (特定點之芯管直徑）。 良好的結果獲自在代表已完成紙板芯管壁中厚度方向 最大應力之圓筒形表面上，和在該圆筒形表面附近，含 有紙板股條於芯管壁中間，所用股條寬度至少為2 0 0毫米 ,較佳為230毫米以上，但小於某一直徑之各種芯管之最 大股條寬度為L mx，其中L ( 7Γ > X (特定點之芯管 直徑）。 紙工業用之紙板芯管是用於至少約為2 0 0米/分（3.3 米/秒）之收捲或釋放速率。根據本發明之紙板芯管之 優點在於其用於捲取/釋放之速率高於約300米/分（5 米/秒），通常約為800-90 0米/分，甚至更高，以至約 為2 50 0米/分。用於如此之轉捲條件，本發明之安排提 -1 5 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格,（210X297公釐）— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499526 A7 B7 五、發明説明（/〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 供一種具有改良夾持強度之紙工業絲管，芯管為厚壁， 壁厚Η為10毫米或更大，内徑大於7 0毫米。本發明安排 之優點，也在於改良具有近似直徑而需高夾持強度之紙 板芯管之夾持強度。 在本發明之安排中，於一具有70毫米以上内徑和10毫 米以壁厚之已完成紙板芯管中，為了改善夾持強度，在 代表芯管壁中厚度方向最大應力之圓筒形表面上。和該 國筒形表而附近，含有股條於芯管壁中間。所用股條寬 度較佳為至少200毫米，更佳2 3 0毫米以上，但小於某一 直徑之各芯管之理論最大股條寛度Lraax，其中Lmax = (7Γ ) X (特定點之芯管直徑）。所以，例如一個13 X 150 毫米芯管中間股條之理論最大寬度為L max = 7Γ X ( 1 5 0 毫米+1父13毫米），約為512.0毫米。相對應者，13父 300毫米芯管中間股條之理論最大寬度為L max = π X (300毫米+1X 13毫米），約為983.1毫米。再一相對應者 ,1 5 X 7 6毫米芯管之中間股條寬度為L max = 7Γ X ( 7 6 毫米+1X15毫米），約為2 8 5.8毫米。較佳者，例如，因 為與實際製作技術有關，紙板芯管之中間股條寬度為2 3 0 至550毫米，隨芯管直徑而定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之優點®然是強調具有寬的股條。然而，由於 製作技術，較佳者例如用於1 3 X 1 5 0毫米芯管，選擇如 此之股條寛度而便利製作並無大的困難。本發明有利之 處，亦即夾持強度之加大，顯然對具有小直徑之紙工業 用芯管有利，但是芯管生産速率則對所有不同大小之紙 -1 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499526 A7 ________ 五、發明説明（/〇 業芯管皆有成長β 製作具有某一内徑之紙業芯管，對特別的芯管尺寸， 最好盡可能用寛的紙板股條。股條寛度愈大，每單位時 間所生産芯管之米數愈多，亦即芯管之生産速率愈高； 但是另一方而，芯管本身的製程更為複雜。例如，股條 寬度增大，工廠内繾繞機器所霈空間更大。所以，不能 用現有的纏繞機製作上逑紙工業用之芯管，而須用特別 的纏繞機代替。若僅lh用縷繞機處理寬的股條，例如伸 長股條，隨著股條寬度之加大變得更為複雜。而且控制 鑣繞機也較困難。關僳實際的芯管製作的原因，對如何 接近理論最大寛度有所影響，可能使股條寬度增大。 最常用的紙工業芯管是有76毫米（3 吋）内徑者 通常 ，如此之芯管所具有股條之寬度為約140至155毫米（例 如内層為140毫米寬而層為15 5毫米，在兩者中間有適當 的寬度梯度）。在最常用之先前技術之13X150毫米（6 时）芯管中，所用股帶約為150至155毫米寬。另一方面， 13X 150毫米芯管已知其最寬股條約為 190毫米。在前者之芯管由15 5毫米寬股條構成，在1米 長芯管中，中間股條之紙張邊綠長度約為3 3 4 0毫米，如 上所討論，在後者中，用190毫米寬股條構成，對應之 中間股條之紙張邊緣長度約為2700毫米。 第2 _舉例説明在1米長芯管中，中間層股條之紙張 邊緣長度成為中間股條寬度之函數，表示三種常用之紙 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

499526 A7 B7 五、發明説明（Μ ) 工業用芯管：如1 5 X 7 0毫米，1 3 X 1 5 0毫米、和1 3 X 3 0 0 毫米。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明，一種適合之股條寬度，就實際的芯管製 作，例如，用於13X150毫米者為約375毫米。另一用於 相同形式芯管之較佳結構的股條寬度為約470毫米。此 兩種寬度以及在兩者間之寬度依然可以在特別的纏繞機 中妥為控制。在1米長13 X 150毫米芯管中，3 7 5毫米寬 股條之紙張邊緣長度約為141 5毫米，而在1米長相同大 小芯管中4 7 0毫米寬股條之紙張邊緣長度則為約1 1 54毫 米。根據本發明之兩種安排帶來明顯的改進，與前述先 前技術常用之安棑比較，縮短一股條之紙張邊緣長度， 目亦明顯減少每延米芯管中引發開裂之潛在點之數量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當一種纏繞的紙板芯管是用窄的紙板股條繾繞於模芯 上而製成管狀，在芯管結構中，兩相鄰股條間形成一間 隙。紙板芯管中相鄰股條間之間隙寬度為〇 . 2至2 . 0毫米 之位階，甚至更大，隨操作人之熟練和小心程度而定。 兩股條間的間隙，在芯管受與實際相同之負載時，換言 之，在受動力時，是引起開裂之集中處。動力負載可以 用試驗模擬，例如根據ΕΡ專利309 123。特別是在承受 應力型式之負載中，如同一芯管的負載，開裂是始自原 發開裂點而進行。 在芯管結構中原發開裂愈多，則開裂所折斷的機會愈 多。而且，原發開裂之集中處愈多，亦即纏繞股條間的 間隙更多，則進行中之開裂更加快達到另一原發開裂； -1 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（〇奶）八4規格（210><297公釐）- 499526 A7 B7 五、發明説明（7) 例如，到達同股條對邊而引發開裂。在此情形中，股條 材料在相遇之點一同裂斷，而芯管則脫層。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 平均鑣繞角度α之定義在第3圓中呈現。平均_繞角 度皆橫對芯管管軸之方向與紙板股條邊緣之間的銳角。 第4和5 _表試驗芯管之「夾持強度」和「平壓強度」 作為在用内徑為50毫米之模型結構内「中間股條長度/ 1 00 Q毫米芯管軸長度」之函數。夾持強度試驗是以根據 Ε Ρ 3 0 9 1 2 3之方法進行（縱軸「芯管試驗儀強度」表示夾 持強度）。紙板芯管内徑選擇50毫米，使能使用習用纏繞 機而在所霈之股條寬度範圍内變動。相同效果也見於其 他直徑，如内徑為7G毫米和150毫米者，為常用於大型 紙卷之芯管。 第5園表示中間股條長度對芯管平壓強度的影響，所 用芯管結構與第4圈者相同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在股條寬度大時，平均纏繞角度也變大，芯管的平壓 強度減小，如第5圖之例所示。此項減小隨不同的紙板 而異。經強烈拉伸取向之紙板，其如根據美國專利 3，1 9 4 , 2 7 5 (第3欄，4至14行）所發明之紙板，其平壓 強度之減小大於例如在本發明所用新型而比較成正方之 紙板者。此等紙板_被用於本發明所舉各項實施例中， 其拉伸取向因數（機向MD強度值對橫向CD強度值）為約1 · 6 至2 . 5。在本發明中#不使用強烈拉伸取向之紙板，與 之相反。 因股條寬度變大而減小的平壓強度可以被補償，至少 -19- 本纸張尺度適用中國國家標準（〇呢）八4規格（210'/297公釐）- 499526 Α7 Β7 五、發明説明（/〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 是局部的，盡可能用方形取向之紙板股條，這是與美國 專利3 , 1 9 4，2 7 5所教示者完全相反❶在根據美國專利 3, 1 94,275的安排中，在其第3攔第4至14行，力求最高 的可能取向因數，換言之，盡量在紙板中有強力之機向 。這是因為呈現於美國專利3, 194, 275中的問題是須用盡 鼇盤旋的對繞芯管予以解決。在本發明中，與之相反， 不須使用強取向之紙板。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上所討論，雖然平強度常被用作芯管的特定性質 ，其減小在實際狀況（實在的動力負載）中不具有有害的 效果，特別是關於高強度的芯管或其他承受重大夾持負 載的芯管。如先前初步估計和所已估計者。美國專利 3, 194, 275尋求芯管受壓和横樑強度等問題的解決方法 (美國專利1 9 4 , 2 7 5第1櫊第25至30行和59至61行），其 中實質上是用長的毯形Η材。此種美國專利3,194, 275 所逑之芯管通常是用於處理寬粗産品，例如定置的地毯 、紡織品、塑膠、或用於土方工程將道路或工地底層泥 土分隔之麻布。這些寬粗型産物完全不支持芯管；反之 ，只發生應變，尤其對於橫樑強度。根據美國專利 3，〗9 4，2 7 5，芯管之用途，如上所討論而使用者，並不 涉及夾持負載之應力。這些産品是收捲於非常低的達率 ，通常約為1 Π至7 5米/分。美國專利3，1 9 4 , 2 7 5提示一 種方法，其中於芯管縱向由股條構成之芯管，亦即将對 繞之芯管，改用螺旋繾繞之管，然而，卻卻盡最大可能 模仿對繞而成之管。此項效應使所用材料是盡可能於機 向（第3攔第4至1 4行）拉伸之紙板股條，然後收捲成螺 -2 0-本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4^浴（210X297公釐）- 499526 A7 B7 五、發明説明（/7 ) 旋芯管，使盡可能與對嬈之管相似。這是以盡量寬大之 平均纏繞角度而完成（如第3圓，本發明所界定。美國 專利3, 1 9 4, 2 7 5所界定之平均纏繞角度相當於本發明平 均_繞角度之補、餘角）。 本發明也基於一項發現，因為在紙工業用之芯管中， 所呈現之動力負载，在估計此等紙板芯管和其他承受重 的夾持負載的紙板芯管的強度和方便性時，最主要而且 最重要的觀點，不是芯管的平壓強度而是夾持強度。假 如只改變股條材料，而其他因素如壁厚、内徑、和所用 股條寬度為一定，亦即芯管結構不變，則芯管之平壓強 度可以指示出夾持強度而具有價值。然而，平壓強度通 常用於說明紙板芯管方便性的主要標準，而且如果以上 所列限制亦予列入考慮時，也可槪略用於描逑紙板芯管 。此項比較，亦即利用靜態可量測之性質說明須以動態 量測之紙板芯管性質，成為可能，·但是也只可能於如果 芯管結構和上列其他因數保持不變，而只改變原材料。 然而，此結果僅供參考，因為靜態量測的性質在實際上 從未能直接告知在有如芯管應力狀況之動態應力狀況有 何變化。 根據本發明之安排，對於以夾持強度為方便性重要標 準之所有各種芯管，提供強度之改良〇若紙板股條被加 窵，因為芯管首徑保持不變，故平均鑣繞角度變大。若 紙板股條比以前者寛，則在一延米已完成芯管中每單位 長度内之間隙數蜃，亦即引發開裂的潛在點數；較少。 -2 1- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499526 A7 B7 五、發明説明（〆） 因此，容景、夾持強度、和承受負載之能力將增大。如 此得以降低芯管的製造成本。較早在芯管上各間隙之弱 化效應已由比本發明之安排所需者更強之紙板所補償。 另一方而，因每單位時間之芯管産率較高，也可以獲得 經濟利益。 較佳在1/ 5以上之紙板芯管壁厚中用壓乾法，例如一 種所謂Condebelt法所製成之紙板股條構成。 本發明已以被認為較佳之具體例作如上之説明。當然 ，此非用於限制本發明，而且作為熟習此技藉者所易於 在所設申請專利範圍界定之創作内容作各種變動、選擇 尺寸與改變。 —•I裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - T· I · 訂、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（匚奶）八4規格（210'乂297公釐）-

Claims (1)

1. 499526 公善泰 …六、申請專利範圍 第88 101094號「具有改良之夾持強度之紙工業用紙板芯材及 其製法」專利案 （90年1 1月修正） A申請專利範圍： 1. 一種製作用於紙工業之紙板芯管之方法，該紙板芯管具有 改良的夾持強度和厚壁，壁厚Η爲10毫米以上而內徑爲 70毫米以上，該芯管是用於200米/分（3.3米/秒）或以上 之捲取/釋放速率；該方法也製作尺寸相似而需要高的夾 持強度之其他芯管，其特徵在於纏繞的紙板芯管是以盤旋 纏繞各紙板股條環繞於模芯使成管狀而製作，藉此，在已 完成之紙板芯管壁中代表ζ方向最大應力之圓筒形表面 上，而且於該圓筒形表面附近，在每1米長紙板芯管中， 於芯管壁之中間含有紙板股條，提供以下： •對於內徑爲73毫米至110毫米之芯管： Lmp< 1 5 50 毫米； -對內徑爲111毫米至144毫米之芯管： Lmp< 1900毫米；和 -對於內徑爲145毫米至180毫米之芯管： Lmp< 2450毫米，其中 Lmp爲在每一延米紙板芯管，於紙板芯管壁中代表ζ方向 最大應力之圓筒狀表面上，紙板股條之紙張邊緣長度。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中’ -對於內徑爲73毫米至110毫米之芯管： Lmp< 1450 毫米； -對內徑爲111毫米至144毫米之芯管： 499526 六、申請專利範圍 Lmp< 1650毫米；和 -對於內徑爲145毫米至180毫米之芯管·· Lmp < 2200 至 1500 毫米。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中， -對於內徑爲73毫米至110毫米之芯管： Lmp< 1300 毫米， -對內徑爲1 11毫米至180毫米之芯管： Lmp< 1500 毫米。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中在於在已完成之紙板 芯管壁內，代表z方向最大應力之圓筒形表面上，並在該 圓筒形表面附近，於每1米長紙板芯管中，包含紙板股條 於芯管壁之中間， -對內徑爲181毫米至310毫米之芯管： Lmp< 4500毫米；其中 Lmp爲在每1延米紙板芯管中，於代表紙板芯管內z方向 最大應力之圓筒形表面上，紙板股條之紙張邊緣長度° 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中， -對內徑爲181毫米至310毫米之芯管： Lmp< 3900 毫米。 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中， -對內徑爲181毫米至310毫米之芯管： L m p < 3 9 0 0 至 2 0 0 0 毫米。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中在於纏繞之紙板芯管 是利用在已完成之紙板芯管壁中代表z方向最大應力&匱1 -2- ___ 499526 六、申請專利範圍 筒形表面上，並在該圓筒形表面附近，於芯管壁中間含有 紙板股條而製成，股條寬度爲： -對於內徑爲73至110毫米者之紙板芯管： 185毫米或以上； -對於內徑爲111毫米至144毫米之紙板芯管： 205毫米或以上；和 -對於內徑爲145至180毫米之紙板芯管： 210毫米或以上；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間 Lmax = (ττ)Χ(特定點之芯管直徑）。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中股條寬度爲： -對於內徑爲73至144毫米者之紙板芯管： 超過210毫米； -對於內徑爲145毫米至180毫米之紙板芯管： 超過250毫米；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，此處 Lmax = (ττ)Χ(特定點之芯管直徑）。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在於纏繞之紙板芯管 是利用在已完成之紙板芯管壁中代表ζ方向最大應力之圓 筒形表面上，並在該圓筒形表面附近，於芯管壁中間含有 紙板股條而製成，股條寬度爲： -對於內徑爲73至144毫米者之紙板芯管： 超過185毫米； -對於內徑爲145毫米至180毫米之紙板芯管： 499526 六、申請專利範圍 界於350和450毫米之間；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax =(；τ)Χ(特定點之芯管直徑）。 10. 如申請專利範圍第4項之方法，其中在於纏繞之紙板芯管 是利用在已完成之紙板芯管壁中代表ζ方向最大應力之圓 筒形表面上，並在該圓筒形表面附近於芯管壁之中間，含 有紙板股條而製成，股條寬度爲， -對於內徑爲1 8 1至310毫米之紙板芯管： 220毫米或以上；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lm ax =(7Γ)Χ(特定點之心管直徑）。 11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中股條寬度爲， -對於內徑爲181至310毫米之紙板芯管： 超過250毫米；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax 二（π ) X (特定點之芯管直徑）。 12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中在於纏繞之紙板芯管 是利用在已完成之紙板芯管壁中代表z方向最大應力之圓 筒形表面上，並在該圓筒形表面附近於芯管壁之中間，含 有紙板股條而製成，股條寬度爲， -對於內徑爲1 8 1至310毫米之紙板芯管： 界於350至500毫米之間，但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax =U ) X (特定點之芯管直徑）。 -4 - 499526 六、申請專利範圍 13·如申請專利範圍第1項之方法，製作用於紙工業之紙板芯 管，該紙板芯管具有改良的夾持強度和厚壁，壁厚Η至少 爲10毫米而內徑爲70毫米以上，且芯管是用於200米/ 分（3.3米/秒）或以上之捲取/釋放速率；以及製作尺寸相 近而需要高的夾持強度之其他芯管之方法，其特徵在於纒 繞的紙板芯管是以盤旋纏繞各紙板股條環繞於模芯使成管 狀而製作，其間以如下條件施於在已完成之紙板芯管壁中 代表ζ方向最大應力之圓筒形表面上，而且於該圓筒形表 面附近，在每1米米長紙板芯管中，於芯管壁之中間含有 紙板股條， -對於內徑爲76毫米（3吋）之紙板芯管： Lmp< 1550 毫米； -對於內徑爲150毫米（6吋）之紙板芯管： Lmp< 2200毫米；其中 Lmp爲在每1延米紙板芯管，於紙板芯管壁中代表ζ方向 最大應力之圓筒形表面上，紙板股條之紙張邊緣長度。 14. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中， -對於內徑爲76毫米（3吋）之紙板芯管： Lmp< 1400毫米，而且 -對於內徑爲150毫米（6吋）之紙板芯管： Lmp爲界於2200和1500毫米之間。 15. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中， -對於內徑爲76毫米（3吋）之紙板芯管： Lmp< 1300毫米；而且 499526 六、申請專利範圍 -對於內徑爲150毫米（6吋）之紙板芯管： Lmp < 1 500 毫米。 16.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中在於纏繞之紙板芯管 是利用在已完成之紙板芯管壁中代表z方向最大應力之圓 筒形表面上，並在該圓筒形表面附近，於筒壁之中間，含 有紙板股條而製成，股條寬度爲， -對於內徑爲76毫米（3吋）之紙板芯管： 至少爲185毫米；和 -對於內徑爲150毫米（6吋）之紙板芯管： 230毫米或以上；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax =U)x(特定點之芯管直徑）。 17如申請專利範圍第1 6項之方法，其中股條寬度爲， -對於內徑爲76毫米（3吋）之紙板芯管： 超過210毫米；而且 -對於內徑爲150毫米（6吋）之紙板芯管： 超過250毫米；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax =U ) X (特定點之芯管直徑）。 18.如申請專利範圍第1 6項之方法，其中股條寬度爲， -對於內徑爲76毫米（3吋）之紙板芯管5 界於2 1 0至2 4 0毫米之間；和 -對於內徑爲150毫米（6吋）之紙板芯管， 界於25 0至450毫米之間；但是 499526 六、申請專利範圍 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax =(7Γ)Χ(特定點之芯管直徑）。 m如申請專利範圍第1至18項中之任一項之方法，其係用 於製作紙工業用之紙板芯管，該紙板芯管具有改良的夾持 強度；和用於製作其他具有近似尺寸和需要高的夾持強度 的紙板芯管，該紙工業用之芯管有厚壁，壁厚Η爲10毫 米以上且內徑爲70毫米以上，而且該芯管是用於200米/ 分（3.3米/秒）或以上之捲取/釋放速率。 20. —種用於紙工業之紙板芯管，其特徵在於在已完成之紙板 芯管之壁內，代表ζ方向最大應力之圓筒形表面上，和在 該圓筒形表面附近，在芯管壁之中間，含有紙板股條，紙 板股條之寬度爲200毫米或以上，但以某直徑之各個芯管 之最大股條寬度Lmax爲最大，其中Lmax=(7r)x(特定點 之芯管直徑）。 21. 如申請專利範圍第20項之紙板芯管，其中已完成之紙板芯 管之壁內，代表z方向最大應力之圓筒形表面上，和在該 圓筒形表面附近，在芯管壁之中間，含有紙板股條，紙板 股條之寬度爲230毫米以上，但以某直徑之各個芯管之最 大股條寬度Lmax爲最大，其中Lmax=(;r)x(特定點之芯 管直徑）。 22. 如申請專利範圍第20項之紙板芯管，其中已完成之紙板芯 管之壁內，代表z方向最大應力之圓筒形表面上，和在該 圓筒形表面附近，在芯管壁之中間，含有紙板股條，紙板 股條之寬度爲200毫米或以上，但以某直徑之各個芯管之 499526 六、申請專利範圍 最大股條寬度Lmax爲最大，其中Lmax=(;r)X(特定點之 芯管直徑），並且小於550毫米。 23· ·如申請專利範圍第20項之紙板芯管，其中已完成之紙板芯 管壁中於代表z方向最大應力之圓筒形表面上，和在該圓 筒形表面附近，在壁之中間含有紙板股條，股條寬度爲， -對於內徑爲73毫米至110毫米之紙板芯管： 185毫米或以上； -對於內徑爲111毫米至144毫米之紙板芯管： 205毫米或以上； -對於內徑爲145毫米至180毫米之紙板芯管： 2 1 0毫米或以上；和 -對於內徑爲181至310毫米之紙板芯管： 220毫米或以上；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度L max爲最大，其間Lm ax ==(π ) x (特定點之芯管直徑）。 2生如申請專利範圍第23項之紙板芯管，其中股條寬度爲， -對於內徑爲73毫米至144毫米之紙板芯管： 超過2 1 0毫米； -對於內徑爲145毫米至310毫米之紙板芯管： 超過250毫米；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax =U)X(特定點之芯管直徑）。 25.如申請專利範圍第20項之紙板芯管，其中已完成之紙板芯 管壁中於代表z方向最大應力之圓筒形表面上，和在該圓 499526 六、申請專利範圍 筒形表面附近，在壁之中間含有紙板股條，股條寬度爲’ -對於內徑爲73毫米至144毫米之紙板芯管： 超過230毫米； -對於內徑爲145毫米至310毫米之紙板芯管： 界於350至500毫米之間；但是 某一直徑之各芯管，以最大股條寬度Lmax爲最大，其間Lmax =U ) X (特定點之芯管直徑）。 26如申請專利範圍第20項之紙板芯管，其中至少有1 \5之紙 板芯管管壁厚度是由紙板股條構成，其係用壓乾法，例如 所謂Condebelt法所製成。 27·如申請專利範圍第2〇至26項中之任一項之紙板芯管，其 係用於至少爲6.5噸重之紙卷之收捲/釋放。