JP2024510413A - 高負荷能力を有する軽量紙管構造 - Google Patents

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Abstract

高負荷能力を有する軽量紙管構造（２０）を提供する。管構造（２０）は、環状空間（２３）が間に形成された内管（２１）及び外管（２２）と、環状空間（２３）の２つの端部にそれぞれ嵌め込まれた第１紙リング（２４）及び第２紙リング（２５）と、環状空間（１３）内に配設され、外管（２２）と内管（２１）との間に支持される発泡体（２６）とを備える。この構造（１０）は、紙管の軽量性を保持しながら紙管の負荷強度を向上させることもでき、これにより、変形の防止という実質的な効果が奏される。

Description

＜発明の分野＞
本開示は、高負荷能力を有する軽量紙管構造に関し、特に、紙管の負荷強度を向上させながらも軽量性を保持することが可能な紙管構造に関する。
＜関連技術の説明＞
熱可塑性プラスチック製又は紙製の管や芯は、シート材やストランド材などの巻材の保持に使用することができる。これらの材料は、芯に比較的高い半径方向の圧力（負荷）をかけることがあり、これが芯の望ましくないたわみ、歪み、座屈、破砕又はその他の変形につながることがある。高い負荷能力を備えつつも軽量のままである管や芯が望ましい。
以上に鑑み、本発明者らは、上記欠点を解消すべく鋭意研究開発を行った結果、高負荷能力を有する軽量紙管構造を提供する。本開示の目的は、内管と外管との間の環状空間に発泡体を設けることにより、軽量性を保持しつつも紙管強度の向上という効果を奏することである。
高負荷能力を有する軽量紙管構造であって、内管及び外管と、第１紙リング及び第２紙リングと、環状の発泡体とを備え、内管及び外管は、内管の外径が外管の内径より小さく、外管の内周面と内管の外周面との間に環状空間が形成されており、第１紙リング及び第２紙リングは、環状空間の２つの端部が閉鎖されるように該環状空間の２つの端部にそれぞれ嵌め込まれ、環状の発泡体は、環状空間内に設けられ、外管の内周面と内管の外周面との間に支持されている軽量紙管構造を提供する。固定釘等の複数の留め具を設け、該複数の留め具を、第１紙リング、内管及び外管に打ち付け又はその他の方法により個別に取り付けて第１紙リング、内管及び外管を一体としてしっかりと固定し、第２紙リング、内管及び外管に打ち付け又はその他の方法により個別に取り付けて第２紙リング、内管及び外管を一体としてしっかりと固定してもよい。
本発明の一実施形態では、発泡体は、ポリオールとイソシアネートとの混合物を環状空間内で設定時間だけ発泡硬化させることにより形成されている。
以上のような管構造により、紙管の軽量性を保持しながら紙管の負荷強度を向上させることもでき、これにより、変形の防止という実質的な効果が奏される。
図１は、紙管の立体分解斜視図である。 図２は、紙管の一方の端部に打ち付けられる固定釘の部分立体斜視図である。 図３は、図２の紙管の軸平面における全体断面図である。 図４は、本開示に係る紙管の軸平面における全体断面図である。
＜発明の詳細な説明＞
読者が管構造をより深く理解できるように、代表的な形態をここに提示し、図面を用いて以下に詳細に説明する。
図１～図３に紙管構造を示す。紙管１０は、内管１１と外管１２とを備える。内管１１の外径は、外管１２の内周面と内管１１の外周面とによって環状空間１３が形成されるように、外管１２の内径より小さくなっている。
この構造は、２つの紙リング１４をさらに備えており、これら紙リング１４は、環状空間１３の２つの端部が閉鎖されるように、該環状空間１３の２つの端部にそれぞれ接着されている。
この構造は、複数の固定釘１５等の留め具をさらに備えることもでき、これら固定釘１５は、内管１１、外管１２及び各紙リング１４が一体としてしっかりと留められるように、各紙リング１４と内管１１との間及び各紙リング１４と外管１２との間に打ち付けられており、その結果、各紙リング１４を外管１２と内管１１との間に接着させて紙管１０の強度を高めることができる。
この紙管１０は、感光性フィルム、反射フィルム、液晶フィルムなどの既存のハイテク薄シート材の巻き取りに使用することができ、内管１１、外管１２及び紙管リング１４が一体として固定されているため、環状空間１３を有している。この紙管１０は、やや重量のある薄シート材を巻き取るために軽量化されている。しかしながら、この薄シート材を巻き取るための紙管１０が薄シート材をより多く巻き取るためには、外管１２の厚みを実質的に増加することで外管１２の耐負荷強度を高くするしかなく、この場合にのみ、薄シート材をより多く巻き取ることができるようになる。しかし、これは紙管１０の重量を大幅に増加させ、もともと軽量であった紙管１０を著しく損ない、また、紙リング１４が存在するにもかかわらず、依然として環状空間１３が原因で外管１２の変形が起こる可能性がある。このため、改良された芯又は管が必要とされている。
図４を参照すると、本開示に係る管２０は、内管２１と、外管２２と、第１紙リング２４と、第２紙リング２５と、発泡体２６と、固定釘２７等の留め具とを備える。
内管２１の外径は、外管２２の内周面と内管２１の外周面との間に環状空間２３が形成されるように、外管２２の内径より小さくなっている。言い換えると、内管２１と外管２２とによって環状空間２３が画定されている。
第１紙リング２４及び第２紙リング２５は、環状空間２３の２つの端部が閉鎖されるように、該環状空間２３の２つの端部にそれぞれ嵌め込まれている。
発泡体２６は環状空間２３内に配設されている。発泡体２６は、ポリオールとイソシアネートとの混合物を環状空間２３内で設定時間だけ発泡硬化させることにより形成することができる。環状の発泡体２６は、環状形状を有し、外管２２の内周面と内管２１の外周面との間に支持することができる。言い換えると、環状発泡体２６は、外管２２の内周面の全面又は略全面及び内管２１の外周面の全面又は略全面並びに端部リング１４の内側に面する（環状空間に面する）面の全面又は略全面に接触した状態で環状空間２３全体を占めることができる。
管構造の一方の端部では、第１紙リング２４、内管２１及び外管２２に複数の固定釘２７が個別に打ち付けられており、第１紙リング２４、内管２１及び外管２２が一体としてしっかりと留められている。管構造の他方の端部では、第２紙リング２５、内管２１及び外管２２に複数の固定釘２７が個別に打ち付けられており、第２紙リング２５、内管２１及び外管２２が一体としてしっかりと留められている。
以上のような構造により、紙管２０の軽量性を保持しながら紙管２０の負荷強度を向上させることもでき、これにより、変形の防止という実質的な効果が奏される。
上記実施形態の構成及び機能の詳細について以下に説明する。図４を参照すると、内管２１は、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、紙又は任意の適切な材料で作製することができ、外管２２は、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、紙又は任意の適切な材料で作製することができるが、これらに限定されない。
固定釘２７は、ステープル、波釘、又は第１紙リング２４及び第２紙リング２５を個別に内管２１及び外管２２に接続して固定するための任意の適切な留め具とすることができる。
紙管２０の環状空間２３に配設された発泡体２６は、ポリオールがイソシアネートと混合されてＰＵフォームを生成したポリウレタン（ＰＵ）等の発泡性材料から作製することができるが、これに限定されない。発泡材料は、主として、他の発泡補助装置（例えば、加熱又は減圧のための機械装置等）を必要とすることなく、室温で環状空間２３内で発泡硬化させることができる。
環状空間２３にＰＵフォームを充填する方法は以下の工程で行うことができる。
まず、第１紙リング２４によって環状空間２３の一方の端部を閉鎖する。
次に、ポリオールとイソシアネートとが混合されたＰＵフォームを、環状空間２３に必要な用量として算出された適切な量である充填量で環状空間２３に充填する。
その後、第２紙リング２５によって環状空間２３の他方の端部を閉鎖し、かくして、環状空間２３の両端部が閉鎖される。
ＰＵフォームの発泡を設定時間だけ継続させて発泡体２６を形成することができる。一般的に、約６～１０時間必要である。硬化の過程で、ＰＵフォームは多孔の膨張状態を呈し、かくして、硬化された環状発泡体２６が外管２２の内周面及び内管２１の外周面に支持される。これにより、環状発泡体２６が外管２２と内管２１との間の環状空間２３内に支持され、紙管２０の負荷強度が向上する。
さらに、外管２２の厚みを増加させる公知の実施態様と比較すると、環状発泡体２６の重量は、厚みを増加させた外管２２の重量よりもはるかに低い。このようにすることで、強度を高めつつ紙管２０を軽量化するという実質的な効果を奏し、紙管２０の変形を回避するという効果を奏することが可能となる。さらに、ＰＵフォーム中に混合するイソシアネートの量を変化させることにより、環状発泡体２６の密度を変更する、即ち、環状発泡体２６の硬度を調整することができる。配合は、紙管２０に巻き取られる薄シート材の重量要件に応じて適宜変更することができる。例えば、４００ｋｇの薄シート材を巻き取る場合、紙管２０の環状発泡体２６の密度要件は低く、一方、６００ｋｇの薄シート材を巻き取る場合、紙管２０の環状発泡体２６の密度要件は高い。このように、要件に応じて環状発泡体２６の密度を変更することができるという効果がある。
上記の実施形態は、本発明を十分に説明するために引用した好ましい実施形態にすぎず、本発明の特徴を限定するものではない。本発明に関連する技術的アプローチ及び技術革新の原理を利用するすべてのさらなる発明は、依然として本発明の均等の構造革新の範囲に含まれるものとする。

Claims (2)

  1. 外周面及び外径を有する内管（２１）及び内周面及び内径を有する外管（２２）であって、内管（２１）の外径は外管（２２）の内径より小さく、外管（２２）の内周面と内管（２１）の外周面との間に、２つの端部を有する環状空間（２３）を画定した内管（２１）及び外管（２２）と、
    前記環状空間（２３）の２つの端部が閉鎖されるように、前記環状空間（２３）の２つの端部にそれぞれ配設された第１紙リング（２４）及び第２紙リング（２５）と、
    前記環状空間（２３）に配設されて環状形状を有し、前記外管（２２）の内周面と前記内管（２１）の外周面との間に支持された発泡体（２６）と、
    前記第１紙リング（２４）、前記内管（２１）及び前記外管（２２）が一体としてしっかりと固定されるように、前記第１紙リング（２４）、前記内管（２１）及び前記外管（２２）に個別に取り付けられた第１の複数の留め具と、
    前記第２紙リング（２５）、前記内管（２１）及び前記外管（２２）が一体としてしっかりと固定されるように、前記第２紙リング（２５）、前記内管（２１）及び前記外管（２２）に対して個別に固定された第２の複数の留め具と、を備えた軽量紙管構造（２０）。
  2. 前記発泡体（２６）は、ポリオールとイソシアネートとの混合物を前記環状空間（２３）内で設定時間だけ発泡硬化させることにより形成された請求項１記載の軽量紙管構造（１０）。
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