(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン・チャンバと、該ピストン・チャンバ内で動くように取り付けられたピストンと、該ピストンに取り付けられた切断刃と、下側接続ダクトを経由して該ピストン・チャンバの下側部分と連通している圧力チャンバと、上側接続ダクトを経由して該ピストン・チャンバの上側部分と連通している復帰圧力ダクトと、該ピストン・チャンバの頂部に位置するピストン停止緩衝部と、該ピストンの下方で該ピストン・チャンバの下端部に開口している底部接続ダクトとを含むウェブの切断装置において、該切断装置はさらに射出圧力ダクトおよび／または負圧ダクトを含み、該圧力ダクトおよび／または負圧ダクトは射出弁を経由して底部接続ダクトと連通し、前記圧力チャンバから前記ピストン・チャンバへ通っている前記下側接続ダクトは、前記ピストン・チャンバの側壁へ前記ピストン・チャンバの底面と同じ高さで直接的に開口し、その場合、前記ピストンは前記ピストン・チャンバと前記圧力チャンバとの間で弁としても作動することを特徴とするウェブの切断装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のウェブの切断装置において、前記ピストン・チャンバの底部に、前記ピストン・チャンバの側壁で、封止体があり、該封止体に向かって前記ピストンは低い箇所に位置し、それに関連して、前記圧力チャンバから前記ピストンの下面への圧力の経路が阻止されることを特徴とするウェブの切断装置。
【請求項３】
請求の範囲第２項記載のウェブの切断装置において、前記ピストン・チャンバの底部に、前記各封止体の間の部位で、浅いくぼみがあり、該くぼみへ前記底部接続ダクトは開口し、前記ピストンは、前記くぼみに通った負圧によって、前記封止体に当たる低い位置に保持されていることを特徴とするウェブの切断装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は請求の範囲第１項の前段に規定するウェブの切断装置に関する。
紙ウェブの処理装置、たとえば、抄紙機や塗工機などの装置において、切断装置が用いられる。その機能は、たとえば制御不能のウェブの破れのなどの、ある動作の乱れがこの機械で起こったとき、数ケ所でウェブを切断することである。切断の目的は、たとえば塗工機を経由したりソフトロール付きのカレンダを通って、抄紙機の内部でしわがよって張力が失われて紙ウェブが進むとき、構成要素の損傷の可能性を防止することである。
また、切断装置は、リーラにおいて、リール交換設備の一部として用いられる。目下、紙や板紙のウェブを切断するために、とりわけ、以下の方法が用いられている。
坪量が高く、典型的には150g/m2（単位平方メートル当りのグラム）を超える等級の板紙や紙は、いわゆるバッグ交換を用いたり、切断帯や切断ひもによって、切断される。バッグ交換では、完成しつつあるマシン・リールを減速し、そしてその時、圧搾空気をウェブの下面に吹き付ける。ウェブは上昇し、バッグを形成して、ニップへと入る。急激な突きによってウェブを切断する。切断帯による交換では、たとえばニップの入口側の接着テープによって、その接着テープがウェブの外側のリール・スプールの面に帯を固着するように、接着面が設けられている別の切断帯やひもを供給し、そしてリール・スプールの周りに巻き形状にウェブを巻き取りながら、ニップにおいてウェブを切り離す。切断帯交換装置において、板紙や紙のウェブを切断した切断帯は、リール・スプール面上に完成しつつあるマシン・リールの内部に残り、底部の破れを生じる。板紙／紙は数十巻の厚さにわたって切断帯で研磨される。切断帯交換装置の操作の信頼性もまた良好でなく、それらの操作は、多くの人手作業と大変な保守とを必要とする。
約80〜150g/m2の中等級紙では、いわゆるスワン・ネック交換が用いられる。これは、小断片をニップの前でウェブから割り込ませ、ニップの後で圧搾空気を切断部位へ吹き付け、これによってウェブを両縁まで切り裂くものである。
約100g/m2未満の薄手等級紙では、本件出願人によって販売されているOptireelTM型のリーラにおいて、ウェブを貫通して切断するために、ウェブの下面からや、横からの吹き付けが用いられる。とりわけ薄手等級紙や高速運転では、吹き付けによる紙ウェブの切断は、損失となる紙の切れ端を生じる。なぜなら、切断の工程は制御されていないからである。より薄手の等級紙では、圧搾空気による吹付けのみを用いると、圧搾空気がウェブを貫通できなかったり、乱雑に貫通が行なわれることを原因として問題が発生する。
さらに、高速でウェブを横切って移動する高圧の水の噴射を切断要素として用いる方法がある。水噴射切断の問題点は、ウェブを横切る方向に非常に敏速な直線的動作と、長い切断テールを必要とすることである。水噴射切断において、制御されないウェブの裂け目が発生することもあり、この場合、ウェブは、噴射により切断された部分からさらにひとりでに裂けてしまう。
ウェブの全幅にわたるようにウェブを切断をする種々の機械的打撃刃を用いる方法もある。
本件出願人のフィンランド特許第97,339号は、本発明に最も密接に関連する従来技術である。前述の特許では、機械的な刃に基礎をおく切断装置が記載されている。前述の切断装置は、切断する刃と、切断刃に作用して切断する行程を起こすよう取り付けられたアクチュエータとを含む。そのアクチュエータはチャンバの内側に取り付けられたいくつものシリンダからなる。それらのシリンダのそれぞれは、ピストンとピストン棒を含む。各ピストン棒は、一定の間隔をおいて、ウェブの全幅にわたって伸びた切断刃に取り付けられている。切断装置の敏速な行程は、切断刃に取り付けたシリンダごとの大面積の圧力制御された制御弁が敏速に開放することと、圧力チャンバから各シリンダへの圧搾空気の経路が可能な限り短くなるよう、圧力チャンバの内側にシリンダを配置することによって、生み出される。
フィンランド特許第97,339号に記載の切断装置において、切断速度に変動が生じることがある。このことは、少なくとも、リテーナの封止部の摩耗、および／または射出に瞬時射出原理を用いる２部構造に関する問題を原因とする。
しかしながら、これを正しく操作すれば、高速であっても制御された切断や整然とした切断、ならびに切断すべき紙の等級に応じた圧力の調整による切断能力の調整など、刃によって行なわれる切断は数々の利点を伴う。
本発明によるウェブの切断装置の原理的な特徴は、請求の範囲第１項の特徴段に述べてある。
本発明の目的は、ウェブの全幅にわたって伸びる機械的な切断刃に基礎をおく、ウェブの非常に敏速かつ正確な切断を提供することである。
本発明に基づく切断装置は、すべての等級の紙や板紙の切断に用いることができる。
本装置は製造が容易である。なぜなら、構造が大変に簡素で、ただ１つの可動部分を含むに過ぎないからである。本装置の耐密性も安定である。なぜなら、封止の支持面はその形状を大変よく保持しているピストンの下面からなるからである。
本発明に基づく切断装置により、最大約７バールの圧搾空気系の正常な圧力範囲以内で、1000×ｇまでの非常に高い加速度と毎秒30メートルの非常な高速を達成できる。高速は、紙や板紙のウェブの切断において要求される必須の特性である。特別な高速は、塗工機の巻き戻し機においてウェブを切断するときや、高速で運転するときにも必要とされる。
本発明に基づく解決法によれば、フロー・ダクトの幅を広くでき、ピストンの下部へ空気を均一に供給できる。このため、ピストンの裏面に十分な圧力が直ちに得られ、その圧力によって可能な限り効率的な加速が生じる。他方、効率のよい加速度により、比較的に低重量のピストンでさえも高速を達成できる。この結果、短い加速距離を用いることが可能である。この場合刃およびピストンの組立体は、より低い高さになる。このことは、さらに質量の減少と減速力の低下を生じ、とりわけ高速において、よりよい機械的強度という効果を有する。
加速が効率よいことにより、系の最高圧力もまた、切断装置において用いなくてよい。このため、切断装置を広範囲の種類の紙厚の等級紙および板紙の切断に用いることができるように、打撃力を調整する適切な許容度を達成できる。
速度が保存されることと、ウェブの横断方向のタイミングが同時であることにより、本発明に基づく切断装置は、製紙工程における様々な変動にもまた非常に安定である。これらの変動は、交換の実行および前述の変動の最高値、変動の範囲、横断方向のプロファイル等に有害である。そのような変動には、なかんずく、ウェブの速度、ウェブの張力、坪量／等級、引っ張りのプロファイル、湿気、湿気のプロファイル、ウェブの強度、強度の分布が含まれる。
本切断装置は、抄紙機内に大変に自由に設置することもできる。なぜなら切断装置は小型であり、また切断装置は空気圧リテーナによっては上下反対にしても作動するからである。
射出に関しては、切断装置は、たとえ射出弁の大部分が動作状態になくても、高い信頼性でもって動作する。いくつかの射出弁があること、および、それらの動作が直接に電気的制御されて非常に敏速であることにより、装置の全長にわたって、運動の高度の同時開始（典型的には0.5ms未満）が可能である。これによって、ウェブが全幅にわたって高度に同時に切断できる。この場合、切断は制御され、ウェブの破損および／または引き裂きのおそれは大変に低い。
添付図面の各図を参照し、本発明を以下に述べる。本発明に基づく好ましい切断装置を説明するが、本発明は、しかしながら、先述の具体例の詳細な説明のみに限定されるものではない。
第１図は、本発明に基づくウェブの好適な切断装置の模式的な鉛直断面図である。
第２図は、定位置でのウェブの切断装置の図である。
第３図は、定位置からウェブに接するまで変位したウェブの切断装置の図である。
第４図は、射出されたウェブの切断装置と切断されたウェブの図である。
第５図は、第３図に示した状態での切断装置の拡大図である。
第１図に示したウェブの切断装置のフレーム部100は、底部部材101と、底部部材に取り付けられた第１の上側部分102および第２の上側部分103とを含む。前述の第１の上側部分102および第２の上側部分103は、フレーム部100の幅Ｘ−Ｘの方向において、望ましくは中央にある鉛直面Ｙ−Ｙに対して対称的な鏡像の関係にある。長手方向において、フレーム部100は、切断すべきウェブの、望ましくは全幅にわたって伸びている。フレーム部100の底部部材101および第１の上側部分102は、望ましくはボルト110によって連結され、底部部材101および第２の上側部分103も、同様に、ボルト111によって連結されている。フレーム部100の底部部材101には、ボルト110、111のための穿孔が設けられている。また、フレーム部の上側部分102、103には、同様に、ボルト110、111のねじ山に適合するねじ切りをした穿孔がある。ボルト110、111は、底部部材101と上側部分102、103との間で十分な封止を実現できるように、フレーム部100の長さにわたって適切な間隔で配置される。
切断装置のフレーム部100において、たとえばスプリング・コッタにより、ピストン12に直接取り付けられたカッタ刃11がある。他方、ピストン12は、ピストン・チャンバ13に嵌められ、ここで矢印Ｓの向きに動作できる。カッタ刃11、ピストン12およびピストン・チャンバ13は、切断すべきウェブの、好ましくは実質的に全幅にわたって伸びている。ピストン・チャンバ13は、ピストン・チャンバ13の第１の半体が第１の上側部分102に形成され、ピストン・チャンバ13の第２の半体が第２の上側部分103の中に形成されるような形状である。ピストン・チャンバ13の水平断面は、実質的に、偏長な長方形状である。ピストン・チャンバ13の第１の長い側壁は、参照番号14で示し、第２の長い側壁は、参照番号15で示す。
さらに、フレーム部100は、ピストン・チャンバ13の第１の長い側壁14にすぐ近接している第１の圧力チャンバ30と、ピストン・チャンバ13の第２の長い側壁15にすぐ近接している第２の圧力チャンバ31とを含む。第１の圧力チャンバ30から、第１の短い下側接続ダクト32が、ピストン・チャンバ13の第１の長い側壁の中へ、ピストン・チャンバ13の底部の高さまで通っている。また、第２の圧力チャンバ31から、同様に、第２の短い接続ダクト33が、ピストン・チャンバ13の長い側壁15の下側部分を、ピストン・チャンバ13の底部の高さまで通っている。圧力チャンバ30、31は、実質的に、フレーム部100の全長にわたって伸びている。その上、圧力チャンバ30、31は、外部圧力源に連通しているが、これは図示されていない。圧力チャンバ30、31からピストン・チャンバ13内へ接続している下側接続ダクト32、33は、好ましくは、互いに平行ないくつかの個別ダクトからなり、これは、フレーム部100の長手方向に、つまりウェブを横切る方向に設けられている。２つの圧力チャンバ30、31の代わりに、わずか１個の圧力チャンバを用いて、ここからいくつもの別個の下側接続ダクトをピストン・チャンバ13内へ通すことも考えられる。
切断装置のフレーム部100の底部部材101には、前述の鉛直面Ｙ−Ｙにおいて、ピストン・チャンバ13の底部内へ、ピストン12の下まで通る底部接続ダクト16がある。このダクトは、射出弁40を経由して、射出圧力ダクト50および／または負圧ダクト51へ接続できる。射出圧力ダクト50は、図示しない外部圧力源と連通する。また負圧ダクト51はやはり図示しない外部圧力源と連通する。射出弁40および接続されている底部接続ダクト16と射出弁40から射出圧力ダクト50および負圧ダクト51を通る接続ダクト41、42は、たとえば１メートル当り５から10、フレーム部100の全長にわたって適切な間隔で配設する。
さらに、フレーム部100において、ピストン・チャンバ13の第１の長い側壁14のすぐ近傍に第１の復帰圧力ダクト60があり、また、第２の長い側壁15のすぐ近傍に第２の復帰圧力ダクト61がある。第１の復帰圧力ダクト60からは、第１の短い上側接続ダクト62が、ピストン・チャンバ13の第１の長い側壁14の頂部に至り、第２の復帰圧力ダクト61から第２の短い上側接続ダクト63が、ピストン・チャンバ13の第２の長い側壁15の頂部まで通る。復帰圧力ダクト61、62は、実質的にフレーム部100の全長に及んでいる。さらに、図示しないが、復帰圧力ダクト60、61は、外部圧力源に連通する。復帰圧力ダクト60、61からピストン・チャンバ13内へ通る上側接続ダクト62、63は、好ましくは、いくつかの相互に平行する別個のダクトからなり、フレーム部100の長手方向、つまりウェブを横切る方向に配設される。２本の復帰圧力ダクト60、61の代わりに、１本だけ圧力ダクトを用いて、ここからいくつかの別個の上側圧力ダクトをピストン・チャンバ13へ通すことも考えられる。
さらに、ピストン・チャンバ13の頂部に、ピストン12の停止緩衝部17、18がある。停止緩衝部17と18の間に、刃11を誘導する第１の溝穴21が形成されている。フレーム部100の上側部分102と103との間に、鉛直面Ｙ−Ｙで、ピストン・チャンバ13の上方に、第２の溝穴22が形成されている。この第２の溝穴22は、第１の溝穴21よりわずかに幅広で、刃11は、矢印Ｓの向きに、この第２の溝穴22内を自由に動くことができる。
ピストン・チャンバ13の底部において、ピストン・チャンバ13の長い側壁14、15には、封止帯19、20のための溝がフレーム部の底部部材101の中へ切削加工されている。ピストン12が前述の封止帯19、20に押し当たる低い位置にあるとき、ピストン・チャンバ13の両側にある圧力チャンバ31、32に存在する圧力は、ピストン12の底面に作用しない。ピストン12の下方において、ピストン・チャンバ13の底部内へ、横方向Ｘ−Ｘにある封止帯19、20により定まる空間へ、さらに、浅いくぼみ23が形成されている。この中へ、底部接続ダクト16は開口している。このくぼみ23は、ピストン12に設けてもよい。この場合、ピストン・チャンバ13の底部は平坦である。
フレーム部100の上側部分102、103は、たとえば、復帰圧力ダクト60、61の上方にリール・スプールの面へ切断したウェブの端部を容易に接着させる吹き付け部を本装置に設けることが望ましい場合は、非対称にしてもよい。
本装置の底部部材101、上側部分102、103およびピストン12は、たとえば軽金属の押出成形材で製造できる。ピストン12およびピストンに取り付けられた刃11は、フレーム部100における唯一の可動部を構成している。
圧力チャンバ30、31および下側接続ダクト32、33の流れ断面積の寸法は、ピストン12に加わる加速作用圧力が全工程の継続時間にわたって高いままであり、下側接続ダクト32、33において絞りが生じないように、つまり流れの損失が最小限であるように、計算によって決めてある。復帰圧力ダクト60、61は、ピストン12の上面の戻り圧力が行程中非常に高くならないような寸法にする。復帰圧力ダクト60、61は、瞬時射出弁（図示せず）も含んでいる。これによって、復帰圧力ダクト61および62は行程中迅速に排気でき、あるいは、瞬時射出弁により、少なくとも空気の一部が、行程中、復帰圧力ダクト60、61から外気に抜けることができる。
以下に、第１図を参照して切断装置の動作について説明する。
第１に、ピストン・チャンバ13の両側で、フレーム部100の上側部分102、103に位置する復帰圧力ダクト60、61へ復帰圧力が通過する。この復帰圧力は、復帰圧力ダクト60、61から、ピストン・チャンバ13に通っている上側接続ダクト62、63を経由して、ピストン12の頭部に作用する。このため、ピストン12は、ピストン・チャンバ13の下側部分へ動き、そこに位置する前述の封止帯19、20に押し当たる。このときに、ピストン12は、ピストン・チャンバ13から圧力チャンバ30、31へ通じる下側接続ダクト32、33を閉鎖する。ピストン・チャンバ13の底部に備えられた封止帯19、20にピストン12が押し当たると、圧力チャンバ30、31へ通じた圧力は、ピストン12の底側に通じなく、ピストン12の側面にだけ作用する。
第２に、負圧ダクト51内の負圧状態は、底部部材101に密な間隔で配置され直接電気的に制御され非常に迅速に作動する射出弁40により、ピストン・チャンバ13の底部に設けられたくぼみ23へ接続される。負圧ダクト51から、それ自身の接続ダクト42が、それぞれの射出弁40に通じている。他方、それぞれの射出弁40から、それ自身の底部接続ダクト16が、ピストン・チャンバ13の底部に設けられたくぼみ23へ通じている。ピストン12の底面およびピストン・チャンバ13の底部に設けられたくぼみ23により形成された空間へ通過した負圧は、ピストン12を封止帯19、20に押し当てる位置に保持する。
第３に、全作動圧力が圧力チャンバ30、31へ通じる。圧力チャンバ30、31内に存在してピストン12を上昇させる圧力が、実質的に12の側面のみ作用できるため、封止帯19と20との距離で画定される部位のピストン12の底面に作用する負圧だけでさえ、射出の準備のための待機位置にピストン12を下降させておくのに十分である。
第４の段階で、復帰圧力チャンバ60、61を経由して、さらにそれらの上側接続ダクト62、63を経由してピストン・チャンバ13の中へ通じたピストン12の頂面に作用する復帰圧力は、除去される。使用される動作圧力および負圧に応じて、ここで得られた待機位置にこれ維持するためには、本構造のための安全レベルを規定できる。必要により、射出の瞬間まで、軽い復帰圧力を有効にしておくことにより、安全性を増すことができる。
第５の段階では、射出弁40により、底部接続ダクト16への負圧ダクト51の接続を遮断する。そして、そのとき、射出圧力ダクト50から底部接続ダクト16へ、そしてピストン12の下面へ前述のダクトを通り抜ける接続を解放する。気圧が非常に短時間にピストン12の下面で所定の制限値まで増加すると、ピストン12は上向きに動き始める。これにともなって、ピストン・チャンバ13の底部から圧力チャンバ30、31に通じる下側接続ダクト32、33は開放されて、圧力チャンバ31、32のに存在する圧力は、ピストン12の下側に流入することができる。ピストン12は所望の行程速度まで大変迅速に加速する。この速度は、圧力チャンバ31、32において用いられる作動圧力の調整により調整できる。ピストン12が上向きに動くと、このピストンに取り付けられた刃11も上向きに動き、所望の箇所でウェブに突き当たりこれを切断する。
第６の段階で、圧力は圧力チャンバ30、31から除去され、復帰圧力が復帰圧力ダクト60、61へ接続される。この接続では、ピストン12および接続された刃11はピストン・チャンバ13の底部の初期位置へ動く。ピストン12は、ピストン・チャンバ13の底部に備えた封止帯19、20に当たる位置に来る。
以下に、巻き取り装置においてリールを交換する状況での切断装置の使用について、第２図から第５図を参照して説明する。
第２図では、切断装置は本来の位置にある。この位置で、たとえばパルパーの保護として作動させることができる。切断装置のフレーム部は、適当な遮蔽箱200に取り付けられている。遮蔽箱200はさらに、たとえば液圧式腕状部201に取り付けられている。これによってフレーム部はウェブＷに対して往復運動することができる。そのとき、遮蔽箱はフレーム部の剛性向上部として作用する。
第３図では、切断装置は本来の位置からウェブＷに向かって変位している。フレーム部の上側部分は、ウェブＷと接触して、ウェブＷをわずかに上げる。薄手等級紙を切断するとき、切断装置はウェブから離して配置することができる。なぜならば、たとえウェブを切断装置に対して保持しなくても、ウェブを切断するのに高い行程速度で十分であるからである。
第４図では、ウェブＷは切断装置の射出により切断されている。この後、切断装置は再び本来の位置に復帰することができる。
第５図は、第３図に示した状態にある切断装置の拡大図である。この状態では、切断装置のフレーム部100は、ウェブＷに対して射出する準備ができている。そして、切断刃がウェブＷに対して射出されるとき、ウェブＷを緊張させるためにウェブＷをわずかに上げる。
以下に特許請求の範囲を記載する。発明の詳細は、この請求の範囲に定義される発明思想の範囲内の変形例を示すことができるものであり、例示により上述したものとは異なることがある。
【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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