JP2004506523A - ペーパーウェブを断裁するための装置 - Google Patents

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Abstract

複数の部分ウェブのペーパーウェブ(01)を断裁するための装置が、印刷機の出口と、断裁された部分ウェブを折り畳むための折り装置の入口との間に配置されている。断裁装置が、ウォータジェット断裁機構(10)を備えている。

Description

【0001】
本発明は、請求項1、2、3または4の上位概念に記載した、ペーパーウェブを断裁するための装置に関する。
【0002】
このようなウェブ断裁装置は、印刷製品の複数の頁が相並んで印刷されるような広幅のウェブを、単頁に相当する部分ウェブにそれぞれ分割するために、多くの生産部数を有するイラスト化された印刷製品および別の形式の印刷製品を印刷するためのたとえば高速輪転印刷機で使用される。このようにして個別化される部分ウェブは、束にして折り装置に供給される。
【0003】
米国特許第4266112号明細書から、ウォータジェットを用いて、移動されるウェブを断裁するための装置が公知であり、ここではどの材料からウェブを形成することができるか言及されていない。ペーパーウェブを断裁するためのこの装置の適性は、前掲明細書から読み取ることはできない。なぜならば水を吸い込んで膨潤するという紙の傾向の知識を持った専門家が、この装置を紙の断裁のために使用する場合、紙が水を吸い込み膨潤するということからふまえて始めなければならないという理由による。さらにこの装置は1m/sを下回る低いウェブ速度に基づいて、印刷機に対する使用に適していない。
【0004】
米国特許第5797320号明細書から、印刷機において紙を成形加工するための装置が公知であり、この装置は、ウォータジェットを、印刷されたウェブにモチーフを切り抜くかまたはモチーフの孔を設けるために使用する。
【0005】
米国特許第5730358号明細書から、原材料を断裁するための高圧ウォータジェットを形成するためのノズルの構造が公知である。
【0006】
国際公開第97/11814号パンフレットから、ウォータジェットを用いてペーパーウェブの縁部を断裁するための装置が公知である。この装置は紙製作の範囲で使用される。ここでは断裁しようとする紙が残留湿度を有することから出発しているので、場合によっては断裁ジェットから受容された湿気が不都合なものと認識されないようになっている。断裁精度に対する高い要求は課せられない。断裁しようとする紙がまだ印刷されていないので、特に見当合わせ精度が必要でない。
【0007】
ドイツ連邦共和国実用新案登録第9103749号明細書には、ウォータジェット断裁機構によってペーパーウェブを断裁するための装置が開示されている。
【0008】
“Technische Rundschau”第18号、1973年5月8日、25、27、29、31頁には、様々な材料のための断裁パラメータが記載されている。
【0009】
本発明の課題は、ペーパーウェブを断裁するための装置を提供することである。
【0010】
この課題は、請求項1、2、3または4の特徴部に記載した構成手段を有する装置によって解決される。
【0011】
特に本発明によって得られる利点によれば、そのような断裁装置は、スペースを節減する形式で、ペーパーウェブの任意の直線的な経路部分に配置することができ、この場合断裁装置は、ペーパーウェブの直ぐ近くで、断裁機構のジェットノズルの寸法に相当する組込長さしか必要でない。
【0012】
本発明の装置に対して、印刷機に使用するための公知の断裁装置は、回転するいわゆる上カッタと下カッタとを備えており、これらのカッタの間にペーパーウェブが通過案内される。これらのカッタの一方は、同時にペーパーウェブのための変向ローラを成している。このカッタの運転に際して、カッタの周速度を、分割しようとするペーパーウェブの走行速度に正確に対応させる必要があるので、カッタは、ペーパーウェブに、最新の印刷機の高いウェブ速度状態でペーパーウェブの破損を容易に生じさせ得るような制動力または加速力を及ぼさない。これらのカッタは定期的な保守が必要であり、これによってペーパーウェブが、実際にいつでも正確に切断され、かつ摩滅されるかまたは互いに不都合に調整される刃で破損されないことが保証される。したがって刃は、保守作業員にとってアプローチ可能で、かつ交換可能でなければならない。したがって刃の組込位置に対するアプローチを設ける必要があり、これによって印刷機と断裁のための装置と折り装置とから成る処理区間のために著しく大きな設置場所が必要となる。
【0013】
別の利点によれば、本発明の装置は従来のカッタ配置構成と比べて僅かな保守しか必要でない。
【0014】
さらに別の利点によれば、紙を断裁する際に場合によっては発生するダストは、ほとんどウォータジェットによって連行されるので、上カッタと下カッタとから成る断裁装置とは違って、ダストは、ほとんどペーパーウェブの片側でしか発生せず、これに基づいて容易に捕捉することができる。ペーパーウェブの直ぐ近くで作用するダストの吸い出しはもはや必要でない。それぞれカッタの位置でペーパーウェブの全幅にわたって延びている、ダストを吸い出すために使用される従来の吸い出しフードは、断裁装置の所要スペースを高め、かつカッタの保守を追加的に困難にする。これは本発明の装置ではもはや必要でない。
【0015】
原則として、ペーパーウェブに対する断裁ノズルの間隔は、有利には、ジェット直径に対して横向きの音の伝播時間の3倍〜10倍に相当する。したがっておそらくノズルから形成される高速ジェットは、走行経路に3つの相で通走しており、第1相では、高速ジェットが干渉性のジェットを形成しており、第2相では、干渉性のジェットが連続する大きな滴に分解し、第3相では、大きな滴が同様に微細の滴に分解する。第1相では、ジェットは、均質の媒体を断裁するのに良好に適しており、個々の滴が間欠的な力を断裁しようとする材料に及ぼす第2相では、ジェットは、たとえ鉱物質の粒状の加工材料または層構造を有する紙から成るスタックのような内部構造を有する媒体を断裁するために適している。
【0016】
微細な滴への分解が、おそらく空気によるジェットの制動に起因しているのに対して、第1相から第2相へのジェットの移行は、表面張力に基づくものである。一定の直径を有する微細なジェットは、表面張力もしくは表面エネルギの観点で不安定な平衡状態に相当する。直径の最小偏差は増加する傾向にあるので、ジェットは締め付けられ、個々の滴に分解される。締め付けが進行する速度は、必要な場合、ジェットの圧力作用が伝播する速度に対して比例しており、つまりジェットの音速に対して比例している。断裁実験によれば、第1相から第2相への移行は、ノズルから、それぞれジェットの直径に対して横向きの音の伝播時間の3倍〜10倍の間に相当する距離で行う必要があり、すなわち、
3・c・d<v・D1<10・c・d(c=水中の音速、d=ジェット直径、v=ジェット速度、D1=ノズルとペーパーウェブとの間の間隔)が成り立つ。
【0017】
特に音の伝播時間の3倍を下回る、短すぎる作業間隔は有利ではない。おそらくこの理由は、ジェット方向に対して横向きの水の速度分布に存在する。水が、ノズルを通って移動する間は、ノズル孔の中央の流れ速度は、摩擦によって水が孔の壁で制動されるところの縁部よりも著しく大きくなっている。この速度分布は、ジェットが孔から流出する際に摩擦がなくても当初は維持され、ある程度の最低距離区間のあとで、ジェットの速度分配は、ジェットの縁部領域も確実に完全な断裁作用が展開されるまで、均一化される。
【0018】
断裁ジェットのための捕捉容器は、ウェブの、ノズルとは反対側で、ウェブから5mm〜15mmの間隔を有して配置されている。そのような間隔は、一方ではウェブを貫通して進入するジェットを確実に捕捉するために、十分に小さく、他方では場合によっては生じるウェブの張力変動の際にウェブが捕捉容器に押圧されるのを防止するために、十分に大きくなっている。
【0019】
捕捉容器は、一方では断裁ジェットを確実に制動し、同時に他方では制動時に生じる水しぶきがウェブに向かって捕捉容器から流出するのを防止するように構成するのが望まれている。さらにジェットが捕捉容器において断裁作用を展開する、ということを防止するのが望まれている。このために捕捉容器は、ジェットを制動するための、ジェット方向に対して斜めに配置された少なくとも1つの衝突面を備えている。そのように傾斜付けされた配置構成では、ジェットの、衝突面に対して垂直の速度成分だけしか、断裁作用を展開することができない。このような成分は、ジェットが衝突面の表面法線と共に形成する角度のコサインに対して比例するものである。
【0020】
断裁作用を制限するために役立つ別の実施形態によれば、ジェットが第3相で初めて衝突面に到達するように、ノズルと衝突面との間の間隔をが選択することができる。
【0021】
本発明の有利な実施形態によれば、断裁装置が、ウェブを同時に多数の部分ウェブに断裁するための列状に配置されたノズルを備えている。この場合有利には、全てのノズルのジェットを捕捉するために、捕捉容器がノズル列に沿って延びている。
【0022】
捕捉容器から水しぶきが流出するのを確実に防止するためと、場合によっては断裁時に飛散する水もジェットと一緒に排出するために、有利には、捕捉容器が負圧で負荷可能である。
【0023】
ウェブ断裁装置は、上下に重なって層形成された複数の紙層から成るウェブを断裁するためにも使用可能である。そのような場合ノズルとウェブとの間の間隔は、ジェットが第2相でウェブに衝突するのを保証するために、前述の間隔インターバルのできるだけ上位の領域に選択される。
【0024】
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。
【0025】
図1には、本発明の断裁装置が断面図で示されている。このウェブ断裁装置は、折り装置の上部構造の上方に配置されており、したがって折り装置が設置されたホールのフロアから数メートルの高さで位置している。ウェブ断裁装置は、折り装置と同様にホールのフロアに隣接設置された輪転印刷機のペーパーウェブ01を受け取る。輪転印刷機、上部構造および折り装置は、任意の公知の構造形式のものであってよい。したがってこれらは図示せず、詳しく説明しない。
【0026】
ペーパーウェブ01は奥行きをもって位置する印刷機から、下方から斜めに矢印02方向で断裁装置に走行する。そこでペーパーウェブ01は、複数のローラ03;04;05;06に案内され、これらのローラは、断裁装置の2つの側壁の間にそれぞれ保持されている。これらのうちの一方の側壁07が図示されている。
【0027】
複数のローラのうちの1つは、ペーパーウェブ01の断裁差を補償するために変位可能な軸を備えた調節ローラ04であり、別の1つは、ウェブ張力を調節するための被駆動式の引張ローラ05であり、それ以外にガイドローラ06が設けられている。ガイドローラ06から出発して、ペーパーウェブ01は、水平方向で通行可能なギャラリ8を介してガイドローラ09に案内されている。ギャラリ08によって、作業員は、そこで保守作業を行うかもしくは新たなペーパーウェブを断裁装置に引き込むために、断裁装置の幾つかのローラに対してアプローチすることができる。ウォータジェット断裁機構10は、ペーパーウェブ01の水平区分11で、2つのローラ06;09の間に取り付けられている。ウォータジェット断裁機構10は、ペーパーウェブ01を複数の部分ウェブに分割し、これらの部分ウェブは、ガイドローラ09の下流側でガイドローラ12上に広げられ、続いてターニングバー13に案内され、そこから部分ウェブは90°回動され、下方へ折り装置の上部構造に供給される。
【0028】
図1には、判りやすくするという理由から、単にそれぞれ5つのガイドローラ12と5つのターニングバー13とが示されている。3.60メートルのサイズの典型的な幅を有するペーパーウェブ01を用いた実際の使用では、ガイドローラおよびターニングバーの数は13である。
【0029】
ウォータジェット断裁機構10は、多数のノズルホルダ20を備えており、これらのノズルホルダに、図示されていない高圧ポンプもしくは変圧器から、3500〜4200barの圧力、典型的には3800barの圧力を有する水が供給され、さらにウォータジェット断裁機構10は、高圧ウォータジェットを成形するための、図4に詳しく示されたノズルを備えており、これらのノズルは、側壁の間でウェブ断裁装置の全幅にわたって延びている。
【0030】
図2には、図1の断裁装置の一部が平面図で示されており、この図2には、支持ロッド21が、留め具23によって支持ロッド21に取り付けられた4つのノズルホルダ20と共に示されている。
【0031】
図3には、図1のウォータジェット断裁機構10が詳しく示されている。ノズルホルダ20は、金属製で円筒形の中空体であり、上部の端部に供給管路22がねじ留めされており、この供給管路22を介してノズルホルダ20はポンプからの高圧水で負荷可能である。ノズルホルダ20の下位端部に、0.1mmの流出直径を有するノズル40が設けられており、このノズル40を通って、矢印方向で搬送されるペーパーウェブ01を断裁するための高圧ウォータジェット24が流出する。ジェット24の流出速度は、ノズルの上流側の水圧によって規定され、3800barの負荷では、約800m/sの流出速度が生じ、これは水中の音速1500m/sの半分よりも大きい。
【0032】
ここで使用される0.1mmのノズル直径もしくはジェット直径では、ジェット24の一方の側から対向する側に向かう圧力信号もしくは音信号の伝播時間は約0.67μsである。この時間に、ジェット24は約0.54mmの距離を進行する。第1相から第2相へのジェット24の移行が、ジェット24の種々異なる領域の相互作用を前提としており、これはジェット24において音速よりも速く伝搬することがないので、音信号が、ジェット24の対向する側の間を数回往復伝播する時間を持たない限りは、第2相への移行は行うことができない。往復伝播ごとの間に、ジェット24は約1mm進行する。したがって図3に示されたように、単層のペーパーウェブ01を断裁するために、ノズル40とペーパーウェブ01との間の作業間隔D1は、ジェット方向に対して横向きの音の5〜6の伝播時間に相当する時間にジェット24が進行する間隔、有利には約3mmの間隔に選択される。
【0033】
ジェット24がペーパーウェブ01を貫通したあとで、ジェット24は捕捉容器25に進入し、この捕捉容器25の上面は、ペーパーウェブ01から約10mmの間隔D2で、ペーパーウェブ01に対して横向きに延びており、各ノズル40に対向してジェット24のための受容開口27をそれぞれ備えている。捕捉容器25は、受容開口27と流出開口30とを除いてほぼ閉鎖された室を形成しており、この室はペーパーウェブ01の走行方向に対して横向きに延びている。受容開口27の直径は、表面26とペーパーウェブ01との間の間隔D2にほぼ相当するので、ペーパーウェブ01の貫通の際にも、場合によっては生じる、ジェット、紙塵および水しぶき(水飛沫)の、側方に変向された部分は、受容開口27によって確実に捕捉される。
【0034】
捕集容器25の内側で、ジェット24は、たとえば鋼薄板の構成をした衝突面28に衝突する前に、約10〜15cm進行し、その表面法線は、ジェット24と45°またはそれを上回る角度αを形成する。衝突面28とノズル40との間の間隔は、この間隔の途中でペーパーウェブ01と空気とによって制動されるジェット24が衝突面28でもはや取り上げるに値する断裁作用を及ぼさないように、選択されている。第2の衝突面29は、捕捉容器25のケーシングの一部である。この衝突面29は、第1の衝突面28で制御されたジェット水の大部分が衝突するように配置されている。
【0035】
衝突面28と衝突面29とから、水は、捕捉容器25の底部に向かって流出し、この底部は流出開口30に対して急傾斜の一種の雨樋形状で成形されている。流出開口30を通って、水は、単に重力によって流出することができる。しかも追加的にサクションポンプ(図示せず)を流出開口に接続することもでき、これによって、サクションポンプが必要とされる場合、ジェット24がペーパーウェブ01を断裁する区域から、水しぶきおよび/または紙塵をそれぞれ捕捉容器25に吸い込むことができる。ジェット24の高いインパルスに基づいて生じるそのような水しぶきおよび紙塵は、大体において、ペーパーウェブ01のノズル40とは反対側でしか生じないので、水しぶきおよび紙塵の側での吸込は、ほぼ十分に満足できるものであり、ノズル40側における第2の吸込装置は省略することができる。
【0036】
図4には、ジェット24を成形するノズル40を備えたノズルホルダ20の下位領域構造の実現可能な1実施例が示されている。ノズルホルダ20は、中央の長手通路41を備えた、金属たとえばステンレス鋼から成るほぼ円筒形の本体として形成されており、この長手通路41は(図4には示されていない)上位端部で供給管路22と接続されている。ノズルホルダ20の下位端部で、長手通路41は下方に向かって開放する、拡張された円筒形区分42に通じており、円筒形区分42の内壁は雌ねじ山を備えている。この雌ねじ山にインサート43がねじ込まれており、このインサート43は、下位の円筒形区分と上位の円錐台形区分44とを備えている。下方に向かって先細に形成された孔45は、長手通路41をインサート43に延長している。
【0037】
硬質合金から成るリングであるノズル40は、先細に形成される孔45の底部における肩部49に載設されている。この位置でノズル40は、シールリング50によって固定されており、このシールリング51は、孔45に作用する水圧によって、ノズルと同様に肩部49に押圧され、そのようにしてノズル40のセンタリングが得られる。ノズル40は0.1mmの微細な直径を有している。この直径は、紙を断裁するために特に適している。なぜならば一方では小さな直径によって、ノズル40の僅かな水流量が生じ、ひいては断裁された紙が湿されるリスクが僅かにしか生じず、他方ではジェットのインパルスが、予備印刷が行われる際に、ペーパーウェブ01を高いウェブ速度でも確実に分離させるためにまだ十分に高くなっているからである。
【0038】
円錐台形区分44は、シャープなエッジ51で終了しており、このエッジ51はインサート43をねじ込む際に、拡張された区分42の端面46に押圧され、これによってシールを、たとえば冷間溶接によって、ノズルホルダ20とインサート43との間に形成することができる。そのようなシールを簡略化するまたは改善するために、軟質金属たとえば銅から成るリング47は、図4に示唆されたように、エッジ50の領域において端面46に挿入することができる。
【0039】
インサート43とノズルホルダ20との間のシールが完全でない場合のために、リング状の中空室48がノズルホルダ20に設けられており、この中空室48は円錐台形区分44をリング状に取り囲み、かつエッジ51と上位の内面との間を通過する水を受容する。中空室48は、半径方向の孔52を介して周囲と接続されており、この孔52を通って水は流出可能である。この水はいずれの場合でも断裁しようとするペーパーウェブ01に滴下してはならないので、孔52は外側に向かって管片53によって延長されており、この管片53に水を導出するためのチューブ54が被せ嵌められている。中空室48における水は実質的に大気圧で存在するので、チューブ54の耐圧性と、管片53への取り付けとに関して特別な要求は課せられてない。たとえばチューブ54を取り付けるために、簡単なチューブ留め具で十分である。
【0040】
図5には、本発明の断裁装置のさらなる使用例が概略図で示されており、ここでは装置全体が符号60で示されている。ここでは本発明に基づいて、断裁装置60の入口で、複数の印刷機61からのペーパーウェブ01が上下に重なっており、つまり複数の単個ウェブから層形成された多層式のペーパーウェブ01′が断裁装置によって断裁される。このようにして断裁装置の出口で、多層式の部分ウェブが得られ、たとえば所与のページ数を構成するために、折り装置63の上部構造62でまとめる必要のある部分ウェブの数は減少されている。しかも断裁された多層状の部分ウェブは、上部構造を介在させることなく直接折り装置63に供給することも考えられる。
【0041】
多層状のペーパーウェブ01′を断裁するために、有利には、ジェット24が第2相に位置しており、したがってノズル40とペーパーウェブ01′との間の間隔は、図3に関して既に述べた間隔よりも大きく選択されており、この間隔は、ジェット方向に対して横向きに音の伝播時間の10倍までの値を占めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の概略図である。
【図2】図1の装置の一部の平面図である。
【図3】図1の断裁装置の拡大図である。
【図4】本発明の装置に使用されるノズルを示す軸方向断面図である。
【図5】本発明の装置の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
01 ウェブ、 02 矢印、 03 ローラ、 04 調整ローラ、 05 引張ローラ、 06 ガイドローラ、 07 側壁、 08 ギャラリ、 09 ガイドローラ、 10 ウォータジェット断裁機構、 11 水平区分、 12 ガイドローラ、 13 ターニングバー、 20 ノズルホルダ、 21 支持ロッド、 22 供給管路、 23 留め具、 24 ジェット、 25 捕捉容器、 26 上面、 27 受容開口、 28 衝突面、 29 衝突面、 30 流出開口、 40 ノズル、 41 長手通路、 42 円筒形区分、 43 インサート、 44 円錐台形区分、 45 孔、 46 端面、 47 リング、 48 中空室、 49 肩部、 50 エッジ、 51 シールリング、 52 孔、 53 管片、 54 チューブ、 60 断裁装置、 61 印刷機、 62 上部構造、 63 折り装置、 D1 間隔、 D2 間隔、 α 角度、 c 水中の音速、 d ジェット直径、 vジェット速度、 D1 ノズルとペーパーウェブとの間の間隔

Claims (15)

  1. ペーパーウェブ(01)を複数の部分ウェブに断裁するための装置であって、当該断裁装置が、輪転印刷機において、断裁された部分ウェブを折り畳むための折り装置の入口と印刷装置との間に配置されている形式のものにおいて、
    当該断裁装置が、ウォータジェット断裁機構を備えていることを特徴とする、ペーパーウェブを断裁するための装置。
  2. ウォータジェット断裁機構(10)を用いてペーパーウェブを断裁するための装置において、
    ペーパーウェブ(01)に対するノズル(40)の間隔(D1)が、ノズル(40)から形成されたジェット(24)の直径に対して横向きの音の伝播時間の3倍から10倍までに相当することを特徴とする、ペーパーウェブを断裁するための装置。
  3. ウォータジェット断裁機構(10)を用いてペーパーウェブを断裁するための装置において、
    ウォータジェット断裁機構(10)が、3500barよりも大きい水圧、特に3500barから4200barまでの水圧で負荷可能であることを特徴とする、ペーパーウェブを断裁するための装置。
  4. ウォータジェット断裁機構(10)を用いてペーパーウェブを断裁するための装置において、
    ペーパーウェブ(01)が、ノズル(40)から2mmから5mmまでの間隔(D1)を有して案内されていることを特徴とする、ペーパーウェブを断裁するための装置。
  5. ウォータジェット断裁機構が、0.1mmの自由な直径を有するノズル(40)を備えている、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
  6. ペーパーウェブ(01)が、ノズル(40)から2mmから5mmまでの間隔を有して案内されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の装置。
  7. ペーパーウェブ(01)が、14m/sから18m/sまでの速度を有している、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
  8. ウォータジェット断裁機構(10)が、3500barよりも大きい水圧、特に3500barから4200barまでの水圧で負荷可能である、請求項1、2または4のいずれか1項記載の装置。
  9. ペーパーウェブ(01)に対するノズル(40)の間隔(D1)が、ノズル(40)から形成されたジェット(24)の直径に対して横向きの音の伝播時間の3倍から10倍までに相当する、請求項1、3または4のいずれか1項記載の装置。
  10. 捕捉容器(25)が、ペーパーウェブ(01)から5mmから15mmまでの間隔を有して配置されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の装置。
  11. 捕捉容器(25)が、ジェット(24)を制動するための、ジェット方向に対して斜めに配置された少なくとも1つの衝突面(28)を備えている、請求項1から10までのいずれか1項記載の装置。
  12. ウォータジェット断裁機構(10)が、列状に配置された複数のノズル(40)を備えており、全てのノズル(40)のジェット(24)を捕捉するために、捕捉容器(25)が前記ノズル列に沿って延びている、請求項10または11記載の装置。
  13. 捕捉容器(25)が、負圧で負荷可能である、請求項10から12までのいずれか1項記載の装置。
  14. 複数のペーパーウェブ(01)が、互いに上下に配置されている、請求項1から13までのいずれか1項記載の装置。
  15. ペーパーウェブが印刷されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
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