(57)【要約】【課題】溝付きロール間の接触領域における紙の送込みが可能な限り均一に行われるような溝付きロールおよびその製造方法を実現する。【解決手段】特に波形付け機械用の溝付きロールの製造方法は、中心長手軸（４４）とそれに平行な長手方向（４３）と表面（４２）とを有する溝付きロールブランク（４１）を提供する工程と、前記表面（４２）上に前記長手方向（４３）に延在する溝（７、８）を研削するための研削装置（２１）を提供する工程であって、前記溝（７、８）が互いに平行であるとともに前記表面（４２）の周囲に沿って規則的且つ交互に配された溝頭部（１５）と谷底部（１８）とを含む工程と、前記研削装置（２１）によって前記表面（４２）上の溝頭部（１５）を研削する工程であって、前記溝頭部（１５）が前記長手方向（４３）に同一の断面曲率を有する工程と、を含む。【選択図】　　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に波形付け機械用の溝付きロールの製造方法であって、
ａ．中心長手軸（４４）とそれに平行な長手方向（４３）と表面（４２）とを有する溝付きロールブランク（４１）をもたらす工程と、
ｂ．前記表面（４２）上に前記長手方向（４３）に延在する溝（７、８）を研削するための研削装置（２１）をもたらす工程であって、
ｉ．前記溝（７、８）が、互いに平行であるとともに前記表面（４２）の周囲に沿って規則的且つ交互に配された溝頭部（１５）と谷底部（１８）とを備えて成るような工程と、
ｃ．前記研削装置（２１）によって前記表面（４２）上の溝頭部（１５）を研削する工程であって、
ｉ．前記溝頭部（１５）が前記長手方向（４３）に同一の断面曲率を有するような工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記溝付きロール（４１）が前記長手方向（４３）に変化する直径を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溝付きロール（４１）が膨張部を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記研削装置（２１）で、前記長手方向（４３）に移動可能な砥石（２７）を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
２つの半径方向に突出する環状ビード（３３、３４）とその間に配置され且つ半径方向に引っ込んだ環状凹部（３５）とを有する砥石（２７）を用いることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記環状凹部（３５）の断面形状が前記溝頭部（１５）の曲率に一致することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
研削時に前記砥石（２７）が前記溝付きロールブランク（４１）の前記表面（４２）に設置されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記溝頭部（１５）の研削時に前記研削装置（２１）が前記頭部（１５）に隣接する前記２つの谷底部（１８）の一部を研削することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
特に波形付け機械用の溝付きロールであって、
ａ．中心長手軸（４４）とそれに平行な長手方向（４３）と表面（４２）とを有する溝付きロール本体と；
ｂ．前記表面（４２）にもたらされ且つその周囲に沿って規則的に配されるとともに前記長手方向（４３）に延在する溝（７、８）であって、
ｉ．前記溝（７、８）が半径方向に突出する溝頭部（１５）と半径方向に引っ込んだ谷底部（１８）とを備えて成り、前記溝頭部（１５）と谷底部（１８）とが互いに平行且つ交互であるような、
溝付きローラにおいて、
ｃ．前記溝頭部（１５）が前記長手方向（４３）に同一の断面曲率を有することを特徴とする溝付きロール。
【請求項１０】
各溝頭部（１５）が前記中心長手軸（４４）からの最大距離の頂上（１６）を有し、各頂上（１６）と前記中心長手軸（４４）とが共通面を画定することを特徴とする請求項９に記載の溝付きロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、溝付きロール、特に波形付け機械（型押機）用の溝付きロールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
段ボールの製造において平坦なシートから段ボール用中芯を作製するために一組の溝付きロールを用いる（例えば、特許文献１参照。）。広い幅の２つの溝付きロール間にニップ圧を維持するために、溝付きロールの一方は実際には膨張部が与えられ、すなわち両端から中央部に向かって連続的に増加する直径を有する爆弾形状になっている。少なくとも一方の溝付きロールが膨張部を有する一組の溝付きロールの場合、紙の送込みが不規則に行われることが観察されており、段ボール製造中のしわの原因となっていた。
【０００３】
【特許文献１】
独国特許出願第１００３４７８０Ａ１号公開公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は２つの溝付きロール間の接触領域における紙の送込みが可能な限り均一に行われるような溝付きロールおよびその製造方法を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１および９の特徴によってこの目的を達成する。本発明の要旨は、爆弾型であっても溝頭部の切削動作が溝付きロールの幅全体に亘って均一であるような溝付きロールを実現することにある。これは溝頭部の外形が、また可能であれば溝頭部に隣接する溝の側面部分も、膨張部の場合でも同一形状に形成されていることを意味する。
【０００６】
本発明の他の有利な実施形態は従属の請求項により明らかになるであろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる特徴と詳細とは図面と共に以下の例示的実施形態の説明から明らかになるであろう。
【０００８】
段ボール製造機の基本的な構造は、（特許文献１）（米国特許出願番号第０９／６６７７１３号に対応する）、特に図１に記載されており、これを参照する。段ボール製造機は下部溝付きロール１と上部溝付きロール２とを備える。溝付きロール１および２はその端部に、関連する平行な回転軸５および６を有する突出軸部３および４を有する。これらの円筒状表面には軸５、６と平行且つ接触領域９で噛合する溝７および８が提供されている。上部溝付きロール２は駆動装置１１によって回転方向１０に駆動される一方下部溝付きロール１は回転方向１２に前進する。一枚の紙１３が接触領域９に供給されると、溝７、８によって段ボール用中芯１４の形にされる。回転方向１０および１２の接触領域９の下流に、（特許文献１）（米国特許出願番号第０９／６６７７１３号に対応する）に詳細が記載されている段ボール用中芯１４の先端をのり付けするのり付け装置と、のりを供給された段ボール用中芯１４に対して線形シートを押圧する接触押圧装置とを設けている。
【０００９】
特許文献１の図２の例で分かるように、溝付きロール１および２を互いに押圧させると接触領域９に形成される溝付きロールの幅に亘って最大限に高い均一性の所定のニップ圧を得ることができる。死重とそれによる沈下のせいで、ある幅の溝付きロールは互いに押圧させる軸部３および４の軸受けでは所定のニップ圧を達成することができない。そのため溝付きロール１、２のうちの少なくとも１つに（この場合は下部ロール１に）膨張部すなわち爆弾形状が与えられている。これは溝付きロール１の直径が２つの端部から中央部に向かって連続的に増大することを意味する。溝付きロール１の幅Ｂ＝３．３０メートルであると仮定すると、溝付きロール１の中央部の直径ＤＭの溝付きロール１の端部の直径ＤＥとの差からほぼ４ミリメートルの膨張部が生じることになる。これは中央部における溝付きロール１の周囲がほぼ２π（ＤＭ−ＤＥ）／２≡１２．６ミリメートル大きいことを意味する。円筒状溝付きロール２の爆弾型溝付きロール１との差は図４の縮尺に対して正確ではない。
【００１０】
図５は溝７および８の理想的なコースの詳細を示す。各溝７、８は、図５の断面図に示めされた曲率半径ＲＫを有する所定の定曲率の半径方向に突出する頭部１５を有する。溝頭部１５の曲率は回転軸５および６に関して凸状である。溝頭部１５はその最高点に頂上１６を有する。各溝頭部１５は頂上１６を通って延在し且つ回転軸５および６に直交する対称面に関して鏡面対称である（各溝頭部１５は対称面に関して鏡面対称で、各回転軸５、６と各頂上１６はその対称面を画定している）。各溝頭部１５は、溝の高さＨの上部四分の一の端部からＨの下部四分の一が始まるところまで達するほぼ直線状の側面１７によって両側を画定されている。側面１７は回転軸５および６に関して凹状の谷底部１８に隣接している。谷底部１８は曲率半径ＲＦを有する所定の定曲率を有する。曲率半径ＲＫは曲率半径ＲＦより小さい。これは溝付きロールの溝頭部１５と他の溝付きロールの谷底部１８との間に段ボール用中芯１４を収容する間隙がなければならないからである。ＲＫのＲＦとの差は紙の厚さおよびタイプならびに他のパラメータに拠り、０．１から０．８ミリメートルの範囲、特に０．２８ミリメートルから０．５１ミリメートルの範囲に及ぶことが多い。溝７、８は互いに平行であり、溝付きロール１および２の幅に亘ってその回転軸５および６と平行に延在している。さらに溝７、８は溝付きロール１および２の表面の周囲に沿って規則的に配されている。隣接する溝頭部１５の間隔を空間Ｔと称する。各空間Ｔに割り当てられたのはそれぞれの回転軸５および６に対して隣接する溝頭部１５によって形成された角ピッチφＴである。溝付きロール１および２の場合角ピッチφＴは一定であるが、溝付きロール１の角ピッチは必ずしも溝付きロール２の角ピッチと同一である必要はない。図５に見られる溝７、８の設計は膨張部のない円筒状ロールにおける理想的なコースに一致する。
【００１１】
溝付きロール１、２間の接触領域９における紙ウェブ１３の送込み動作についての本発明者らによる詳細な実験により、図３の左側に見られる送込み領域１９における溝頭部１５が送込み動作を実質的に決定するということが分かった。接触領域９において段ボール用中芯１４の形状に押圧され始める前に、紙ウェブ１３は送込み領域１９の谷底部１８に接触しない状態で上部および下部溝付きロール２、１の噛合溝頭部１５間の送込み領域１９にぴんと張られる。その結果溝付きロール１、２の幅に亘る一枚の紙１３の送込み動作は実質的には図５に図示した理想的なコースによる溝頭部１５の設計に拠り、２つの溝付きロール１および２の谷底部１８の設計に、すなわち爆弾型溝付きロール１の場合でも左右されることはない。
【００１２】
図６は従来技術の爆弾型溝付きロールの中央部の断面図を示す。図６の参照符号は単に図１〜５と共に説明した本発明による波形付け機械と比べて同一の機能を識別するためのものである。従来技術の溝付きロールを示すということから、図６は本発明の実施形態と機能的に同一の部分に対して同一の参照符号を用いるが「’」を付ける。図６の溝付きロール１’の上端に沿った実線は爆弾型溝付きロール１’の中央部付近の溝７’の実際の外形を表す。破線は図５による溝の理想的なコース２０’を示す。谷底部１８’は溝付きロール１’の中央部においてすなわち最大直径の領域においても図５の理想的なコースに一致する。しかし頭部１５’は理想的なコース２０’を示す破線から逸脱して図示されているように広すぎる。これは従来技術の研削方法を用いているためである。従来技術の方法は半径方向に突出し且つその外形が研削対象である谷底部１８’の外形に一致する環状ビードを備えた回転砥石を用いる。環状ビードの両側の後にある縁部は側面１７’と研削対象である谷底部１８’に隣接する半頭部１５’とを研削する。その後研削対象である溝付きロールは所定の角ピッチφ’Ｔ回転されて同じ処理が繰り返される。溝付きロール１’の膨張部のため、溝付きロール１’の中央部の周囲は冒頭の例で説明したように、端部における周囲を例えば１２．６ミリメートル上回り、各溝頭部１５’に対して１２．６ミリメートルの拡張を溝７’の数で割ったものになる。空間Ｔ’すなわち隣接する頂上１６’間の距離は爆弾型溝付きロール１’の中央部では２つの周縁領域よりも大きい。これが従来技術の研削方法における溝頭部１５’の拡張の理由である。溝付きロールの幅全体に亘って下部溝付きロールの頭部が上部溝付きロールの頭部に正確に一致しないため、紙ウェブ１３’の不規則な送込み動作が送込み領域１９に生じて、製造された段ボールの品質に永続的な悪影響をもたらすしわになる。
【００１３】
図７〜９と共に本発明による溝付きロール研削方法を以下に説明する。
【００１４】
研削装置２１は、間に２本の平行移動棒２４が固定された２本の対向垂直柱２３を有する装置枠２２を備える。滑材２５は移動棒２４上を移動可能に誘導される。滑材２５は例えば、移動棒２４がスピンドルドライブに対応して設計されている場合にはスピンドルドライブにより、また移動棒２４がラックアンドピニオンドライブに対応して設計されている場合にはラックアンドピニオンドライブによって駆動され移動棒２４上を移動する。滑材２５に固定されているのは回転装着砥石２７でありこれには軸部２６が提供されている。砥石２７は高さ調節のために対応水平ガイド２９に装着されるため、移動棒２４上の滑材２５の移動時に研削対象物に対する砥石２７の接触圧は一定である。砥石２７は図示される駆動装置３０によって始動され回転する。２つの軸受けブロック３１が移動棒２４の下方で装置枠２２上に配置され、ブロック３１間に溝付きロールの研削対象であるブランク４１が回転装着されている。ブランク４１と連動する駆動装置３２によってブランク４１が一定の角ピッチφＴ回転できる。
【００１５】
図９の倍尺で見られるように砥石２７は２つの平行な環状ビード３３、３４を有し、その環状ビード３３、３４は軸部２６に対して半径方向に突出しするとともにその間にはビード３３、３４に対して半径方向に引っ込んだ環状凹部３５が形成されている。軸部２６から最大距離の周囲線に対して、環状ビード３３および３４は凹部３５に向かう半分部３６とそこから外側に向かう半分部３７とからなっている。凹部３５および隣接する半分部３６は図５に見られる理想的な溝７、８の凹状外形すなわち溝頭部１５、２つの隣接側面１７および谷底部１８の半分に厳密に一致している。砥石２７の２つの外側半分部３７は外部円筒状部分３８になり、その軸部２６からの距離は凹部３５の最大深さ点３９の距離に等しいが、若干短い方が好ましい。半分部３７の外形は半分部３６の外形より若干狭いため２つの半分部３６および３７は中線４０に関して鏡面対称ではない。
【００１６】
本発明による研削方法では、ブランク４１が軸受けブロック３１間に固定される。研削対象である溝の高さＨに拠って、すなわち頂上１６と隣接する谷底部１８の谷との間の半径の差に拠って、平坦で構造のない表面４２のブランクあるいは大まかに溝が切られたブランク４１が使用される。ブランク４１は爆弾型でもよい。実際の研削工程では、回転砥石２７をブランク４１上に下降するとともにブランク４１の中心長手軸４４に平行な長手方向４３にブランク４１に沿って移動する。ブランク４１が膨張部を有する場合には、ガイド２９上を上に向かって砥石２７を移動させる。上述したように砥石２７の設計のため、溝頭部１５と関連側面１７ならびに隣接する谷底部１８は研削工程中に形状の点で図５に見られるような理想的溝に従って溝付きロールの幅全体に亘って研削される。図８は研削工程を示し、平坦表面４２を有するブランク４１が研削される。図９の拡大詳細図は大まかに溝が切られた表面４２を有するブランク４１の研削作業を図示しているが、これが溝頭部１５が砥石２７の右側だけでなく左側にも得られる理由である。頭部１５が研削されると砥石２７は上昇されて後退するとともにブランク４１が角ピッチφＴ回転される。続いて別の溝が研削されて最終的に表面４２全体は規則的に溝が切られる。
【００１７】
本発明による研削方法は研削作業中の砥石２７の磨耗に関しても重要な利点をもたらす。谷底部を研削するための環状ビードを有する従来技術の砥石の場合、砥石の環状ビードは次第に先端が尖ってきて、側面付近で最大の磨耗が生じる。砥石を新たに調整した後、谷底部の形状に再び一致する環状ビードが作製されるように環状ビードの周縁領域の材料全体を除去しなければならない。本発明による砥石２７では、磨耗は殆ど環状凹部３５の側面付近で起こり砥石はある程度回復するため環状ビード３３、３４は大部分が維持される。特に大まかに溝を切ったブランクの場合は砥石２７の自動芯出しが大まかな溝上で起きる。
【００１８】
図１０〜１２と共に爆弾型溝付きロールの使用を基に本発明による研削方法の結果を以下に説明する。図１０は完成した爆弾型溝付きロールの中心長手軸４４に垂直な断面を示し、外側鋸歯状縁４５は溝付きロールの中央部付近の鋸歯状縁を示している。プロットされた内側鋸歯状縁４６は切断面４７上の中心長手軸４４に沿って突出した溝付きロールの一端部の鋸歯状縁に相当する。図１１の拡大詳細図は図１１に見られる外側鋸歯状縁すなわち最大膨張領域および内側鋸歯状縁４６すなわち溝付きロールの周縁部の溝頭部１５が同一の設計であり、中心長手軸４４と共に共通平面を画定する各頂上１６を有することを示す。この点に関して溝頭部１５が支配する図３に見られる一枚の紙１３の送込み動作は溝付きロールに亘って均一でありしわはない。図示される内側鋸歯状縁４６の谷底部１８も同一の設計であり図５の図に相当する。外側鋸歯状縁４５の谷底部１８は平らな中心部４８を有し、その幅は１２．６ミリメートルをこの例の溝の数で割った膨張部による周囲の差に相当する。この点に関しては外側鋸歯状縁４５の谷底部１８は図５による理想的なコースに一致しない。しかしこれは一枚の紙１３の供給動作にとって重要ではなく、説明したように送込みは溝頭部１５によって決定される。
【００１９】
図１２は本発明による研削溝付きロール、例えば溝付きロール１の切断面４７上の断面を図示する。この断面により従来技術の研削方法により研削された図６に見られる溝付きロールとの比較が可能になる。上部の実線は溝の実際のコースを示す。破線は理想的なコースを示しそこからのずれが最大膨張領域に見られる。溝頭部１５は理想的なコースに一致し、谷底部１８は多少広すぎる。これは側面１７の下部にも当てはまる。
【００２０】
別の研削方法により形成される理想的な形状からのずれはもちろん膨張部もいずれの図の縮尺に対しても正確ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】段ボール製造用の本発明による装置の一組の溝付きロールの図である。
【図２】図１による溝付きロールの断面図である。
【図３】図２による溝付きロールの接触領域の倍尺での詳細図である。
【図４】一方の溝付きロールが縮尺に忠実に図示されてはいない膨張部を有する一組の溝付きロールの図である。
【図５】溝付きロールの溝の理想的なコースの図である。
【図６】従来技術の爆弾型溝付きロールの断面の倍尺での詳細図である。
【図７】溝付きロールを研削するための研削装置の図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】図８による砥石と溝付きロールのブランクとの間の接触領域の倍尺での詳細図である。
【図１０】本発明により研削された溝付きロールの中央部の断面図である。
【図１１】図１０による溝付きロールの溝の倍尺での詳細図である。
【図１２】最大膨張部付近の本発明により研削された溝付きロールの中央部の断面の倍尺での詳細図である。
【符号の説明】
７、８　溝
１５　溝頭部
１６　頂上
１７　側面
１８　谷底部
２１　研削装置
２７　砥石
３３、３４　環状ビード
３５　凹部
３６、３７　半分部
３８　外部円筒状部分
３９　最大深さ点
４０　中線
４１　ブランク
４２　表面
４３　長手方向
４４　中心長手軸
【図１】
2004042259.tif 000003
【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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【図１０】
2004042259.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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