JP6445159B2 - 回転工具マンドレル、平坦基材変換用ユニット、及び動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、平坦基材変換用ユニットのための回転工具マンドレルに関する。本発明は、少なくとも１つの回転工具マンドレルを備えた変換ユニットに関する。本発明はまた、平坦基材変換用ユニットを動作させるための方法に関する。

基材を変換するための機械は、包装材の製造を意図したものである。この機械において、厚紙の連続ウェブなどの初期平坦基材は、巻きを解かれ、１つ又はそれ以上の印刷機ユニットを備えた印刷ステーションによって印刷される。平坦基材は、次いで導入ユニットに移送され、次いでエンボス加工ユニットに移送され、場合によってはその後、折り目付けユニットに移送される。平坦基材は、次に打抜ユニットにおいて打ち抜かれる。屑部分の排出の後、得られた予成形品は、個々の箱を得るために切り離される。

回転変換、すなわち、エンボス加工、折り目付け、打抜、屑排出、又は印刷機のユニットは、各々、シリンダ状の上部変換工具と、シリンダ状の下部変換工具とを備え、その間を平坦基材が変換されるために通過する。動作時、回転変換工具は、同じ速度で、しかし互いに反対方向に回転する。平坦基材は、回転工具間に位置する間隙を通過し、これは、エンボス加工によってレリーフを形成し、折り目付けによってレリーフを形成し、回転式打抜によって平坦基材を打ち抜いて予成形品にし、屑を排出し、又は印刷中にパターンを印刷する。

シリンダ交換動作は、時間がかり冗長であることがわかっている。オペレータは、シリンダを駆動機構から取り外すために機械的にその接続を解く。次いで、オペレータは、シリンダを変換機械から引き抜き、新たなシリンダを変換機械の駆動部に再接続することによってこれを着する。シリンダは高重量であり、約５０ｋｇ乃至２０００ｋｇである。これを引き抜くために、オペレータは、ホイストの助けを借りてこれを持ち上げる。

シリンダは、かなり高重量なので、非常にすばやく交換することはできない。さらに、互いに異なる非常に多数の箱を得るためには、多くの工具交換が必要になる場合がある。これらの工具は、かなり以前に前もって発注しなければならず、現在要求されている製造変更に不適合になってきている。加えて、工具は、製造するのに比較的費用がかかり、極めて大量生産でないと費用対効果が得られない。

したがって、幾つかの変換ユニットは、マンドレルと、マンドレルに装着することが可能な、変換を実行するための形態を持つ取外し可能なスリーブとから構成される、回転工具の使用を規定する。回転工具全体ではなくスリーブを交換するだけでこと足りる。これにより、スリーブは低重量であることから工具の交換がより容易になり、また、スリーブはそれほど高価ではないことから費用が削減される。

平坦基材が連続した変換ユニットを通過することは、特に平坦基材が印刷機ユニットを通過するときに平坦基材を加熱する傾向がある。回転工具は一般に金属製であり、非常に優れた熱の良導体であるので、加熱された平坦基材は、次に回転工具を加熱することになる。したがって、スリーブの寸法は、一般に、変換動作中のスリーブとマンドレルとの間の遊びを制限するように設けられる。結果として生じる難点は、変換ユニットが停止したとき、マンドレルよりも熱伝導性が高いスリーブがマンドレルよりもすばやく冷えることである。その場合、スリーブをマンドレルから取り外すことが困難になる。

本発明の目的は、従来技術の短所を少なくとも部分的に解決する、マンドレル、回転工具、平坦基材変換用ユニット、及び動作方法を提案することである。

この目的で、本発明の主題は、その上にスリーブが装着されることが意図された、平坦基材変換用ユニット用の回転工具マンドレルである。回転工具マンドレルは、
−円筒形コアと、
−静止位置を取ることが可能であり、かつ、スリーブを回転工具マンドレルの所定位置にロックするためにスリーブに半径方向圧力を及ぼすことによってロック位置を取ることが可能な、周囲壁と、
−周囲壁と円筒形コアとの間に設けた、スリーブに半径方向圧力を及ぼすための圧力流体回路と、
を備える。

本発明の第１の態様によれば、回転工具マンドレルは、円筒形コアの領域に流体を流すことを可能にするため及び回転工具マンドレルを冷却するための冷却流体回路を備えることを特徴とする。

本発明のさらなる主題は、その上にスリーブが装着されることが意図された、平坦基材変換用ユニット用の回転工具マンドレルである。回転工具マンドレルは、
−円筒形コアと、
−円筒形コアの領域に流体を流すことを可能にするため及び回転工具マンドレルを冷却するための冷却流体回路と、
を備える。

本発明の第２の態様によれば、回転工具マンドレルは、
−静止位置をとることが可能であり、かつ、スリーブを回転工具マンドレルの所定位置にロックするためにスリーブに半径方向圧力を及ぼすことによってロック位置を取ることが可能な、周囲壁と、
−周囲壁と円筒形コアとの間に設けた、スリーブに半径方向圧力を及ぼすための圧力流体回路と、
を備えることを特徴とする。

工具のための圧力流体回路は、スリーブをマンドレルに固定し、それにより完全な工具を形成するために用いられる。冷却流体回路は、マンドレルを冷却するための流体の流れ及び冷却のために用いられる。工具のためのこの冷却流体回路は、変換ユニットが停止したときにマンドレル及びスリーブをすばやく冷却することを可能にし、スリーブを引き抜くことをより容易にする。冷却流体回路は、マンドレル及びスリーブ組立体の温度を均一にすることを可能にする。

特に好ましい例示的な実施形態によれば、圧力回路及び冷却回路は互いに接続され、それにより単一流体を用いる１つの同じ回路を形成する。１つの例示的な実施形態によれば、冷却回路用のドッキングポートは、マンドレルの前端に配置され、圧力回路用のドッキングポートは、マンドレルの後端に配置される。ドッキングポートは、例えばマンドレルの回転軸に沿って位置合わせされる。

１つの例示的な実施形態によれば、ドッキングポートは各々、圧力流体回路を冷却流体回路に接続するために変換ユニットの相補的接続要素と係合することが意図された、マンドレルの接続要素を含む。

例えば、接続要素及び相補的接続要素は、クイックコネクタ型式であり、これらが切断されているときは遮断位置を取り、これらが接続されているときは流体の通過を許容する開放位置を取る。このことは、相補的接続要素が切断されたときに圧力回路を自動的に閉じることを可能にする。

１つの実施形態によれば、圧力回路は、円筒形コアのまわりにマンドレルの回転軸と同軸の管形態部分を有する。圧力回路は、マンドレルの各ジャーナル内に設けられた少なくとも１つの軸線方向ダクト部分を有し、軸線方向ダクト部分は、ドッキングポートに連結している。圧力回路は、各軸線方向ダクト部分を管形態部分に連結する少なくとも１つのダクト部分を備える。この圧力回路の実施形態は、実現が簡単であり、スリーブをその内部エンベロープ面全体にわたって均一に保持することを可能にする。この回路の形態はまた、流体がマンドレルの一端から他端に流れることも可能にする。

本発明のさらなる主題は、上述の、下記で特許請求される少なくとも１つのマンドレルを備えた、折り目付け、エンボス加工、打抜、屑排出又は印刷ユニットなどの平坦基材変換用ユニットである。冷却回路は、流体を冷却するように構成された冷却モジュールに接続されることが意図される。冷却回路は、圧力回路に接続され、例えば閉回路を形成する。

本発明のさらなる主題は、上述の、下記で特許請求される変換ユニットを動作させるための方法である。この方法は、
−圧力回路の２つのドッキングポートの一方のみを冷却回路に接続するステップと、
−スリーブをマンドレル上の所定位置にロックするために、周囲壁がスリーブに半径方向を及ぼすように圧力回路を通して流体を送るステップと、
−マンドレルを冷却するために、圧力回路の２つのドッキングポートを冷却回路に接続し、冷却された流体が圧力回路を通して流れるようにするステップと、
を含む。

マンドレルを冷却するために圧力回路を通る流体の流れは、例えば閉回路内で実現される。スリーブをマンドレルに固定するために冷却回路に接続される圧力回路のドッキングポートは、例えば、駆動部の反対側のマンドレル後方に配置されたドッキングポートである。

したがって、スリーブをマンドレルに固定する操作又はマンドレルを冷却する操作は、圧力回路を冷却回路に接続する操作又は冷却回路から切断する操作によって容易に制御し及び自動化することができる。

さらなる利点及び特徴は、本発明の説明を読むこと、及び本発明の非限定的な例示的な実施形態を示す添付の図面から明らかになるであろう。

平坦基材を変換するための変換ラインの一例の全体図である。 上部回転工具及び下部回転工具の斜視図を示す。 マンドレルの斜視図を示す。 閉回路を形成する、冷却回路に接続された圧力回路の図を示す。 マンドレルとマンドレルに固定されたスリーブとを各々が備えた２つの回転工具が取り付けられた、変換ユニットの部分垂直断面図を示す。

図２に示す長手方向、垂直方向及び横方向は、三面体Ｌ、Ｖ、Ｔで定められる。横方向Ｔは、平坦基材の長手移動方向Ｌに対して直角である。水平面は、平面Ｌ、Ｔに対応する。前方及び後方位置は、横方向Ｔに対して、それぞれ駆動部側及び駆動部の反対側として定められる。

平坦な厚紙又はリールに巻き回された紙の連続ウェブなどの平坦基材を変換するための変換ラインは、種々の動作を実行して、折畳み式の箱などの包装材を得ることを可能にする。図１に示すように、変換ラインは、平坦基材の通過の順に１つずつ配置された、巻き戻し部分１と、幾つかの印刷機ユニット２と、１つ又はそれ以上の一連のエンボス加工ユニットとそれに続く１つ又はそれ以上の一連の折り目付けユニット３と、それに続く回転式打抜ユニット４又は平盤ダイカットユニットと、製造された物体を受けるためのステーション５とを備える。

変換ユニット７は、上部回転工具１０及び下部回転工具１１を備え、これは、包装材を得るために、印刷、エンボス加工、折り目付け、打抜、屑排出などによって平坦基材を改造する。

回転工具１０及び１１は、変換ユニット７内で一方が他方の上方に互いに平行に取り付けられ、回転工具１０及び１１の回転軸Ａ１及びＡ２の方向でもある横方向Ｔに延びる（図２参照）。駆動部の反対側の回転工具１０及び１１の後端は、電動駆動手段によって回転駆動される。動作時、回転工具１０及び１１は、各回転軸Ａ１及びＡ２のまわりで反対方向に回転する（矢印Ｆｓ及びＦｉ）。平坦基材は、回転工具１０と１１との間に位置する間隙を、そこでエンボス加工及び／又は折り目付け及び／又は印刷されるために通過する。

２つの回転工具の少なくとも一方である上部回転工具１０又は下部回転工具１１は、マンドレル１２と、マンドレル１２に横方向Ｔ（図２、矢印Ｇ）で装着することが可能な取外し可能スリーブ１３とを備える。したがって、オペレータが、回転工具１０及び１１を交換することを所望する場合、回転工具１０及び１１全体ではなくスリーブ１３を交換するだけでこと足りる。スリーブ１３は完全な回転工具１０及び１１の重さに比べて低重量なので取扱いがより容易であることから、動作の変更をすばやく遂行することができる。さらに、スリーブ１３は、全体としての回転工具１０及び１１の価格に比べて安価である。したがって、幾つかの完全な回転工具１０及び１１を入手するよりも、１つの同じマンドレル１２を幾つかのスリーブ１３と組み合わせて用いることが有利である。スリーブ１３は、円筒形の全体形状を有する。これは例えばアルミニウム材料で作られる。

マンドレル１２は、円筒形コア１４と、円筒形コア１４の両側で回転工具の回転シャフトを形成する前方ジャーナル１５及び後方ジャーナル１６と、円筒形コア１４を取り囲む周囲壁１７とを備える（図３）。前方及び後方ジャーナル１５及び１６は、円筒形の全体形状を有する。これらは、それぞれ変換ユニット７の前方及び後方軸受１８、１９によって保持される。動作時、駆動部の反対側にある回転工具１０及び１１の後方ジャーナル１６は、電動駆動システム２０によって回転駆動される。マンドレル１２の要素、すなわち円筒形コア１４、前方及び後方ジャーナル１５及び１６、並びに周囲エンベロープ１７は、鋼などの金属材料で作られる。

円筒形周囲壁１７は、静止位置と、スリーブ１３をマンドレル１２の所定位置にロックするために周囲壁１７が例えば周囲壁１７の半径方向変形によってスリーブ１３に半径方向圧力を及ぼす、ロック位置とを取ることができる。

マンドレル１２はまた、周囲壁１７と円筒形コア１４との間に部分的に設けられた（図４及び図５）、周囲壁１７による半径方向圧力の作用を制御するための工具圧力流体回路２１を備える。圧力回路２１は、スリーブ１３をマンドレル１２上に保持するために、周囲壁１７をスリーブ１３の内部エンベロープ面に当接させるために流体を受けることが意図される。このようにしてマンドレル１２上にしっかりと保持されたスリーブ１３は、回転軸Ａ１及びＡ２のまわりで回転駆動されることができる。流体は、例えばオイルである。

圧力回路２１は、マンドレル１２を冷却するために流体が圧力回路２１を通って流れることを許容するために、変換ユニット７の冷却流体回路２４へのドッキングポート２２を備える。１つの例示的な実施形態によれば、ドッキングポート２２は、マンドレル１２の前端に配置される。圧力回路２１は、マンドレル１２の後端に配置された別のドッキングポート２３を備える。したがって、圧力回路２１は、前方ジャーナル１５に設けたドッキングポート２２のオリフィスを通り、及び、後方ジャーナル１６に設けたドッキングポート２３のオリフィスを通って、マンドレル１２から外に至ることができる。ドッキングポート２２及び２３は、例えばマンドレル１２の回転軸Ａ１又はＡ２に沿って位置合わせされ、前方及び後方ジャーナル１５及び１６のそれぞれの端に配置される。１つの実施形態によれば、圧力回路２１は、軸対称性を有する。

例えば、圧力回路２１は、管形態部分２１ａと、２つの軸線方向ダクト部分２１ｂと、２つの半径方向ダクト部分２１ｃとを有する（図５）。軸線方向及び半径方向ダクト部分２１ｂ、２１ｃは、直線状である。管形態部分２１ａは、マンドレル１２の回転軸Ａ１又はＡ２と同軸である。これは円筒形コア１４のまわりに形成される。周囲壁１７は、圧力回路２１の管形態部分２１ａを形成する数ミリメートルの間隙を残して、例えば円筒形コア１４上で収縮され、次いで溶接される。

軸線方向ダクト部分２１ｂは、マンドレル１２の回転軸Ａ１及びＡ２に沿って配置され、それぞれのジャーナル１５及び１６内に形成される。各軸線方向ダクト部分２１ｂは、ドッキングポート２２及び２３を半径方向ダクト部分２１ｃに連結して、直角を形成する。各半径方向ダクト部分２１ｃは、軸線方向ダクト部分２１ｂを管形態部分２１ａの一端の２つの互いに対称な地点に連結するために、半径方向に延びる。この圧力回路２１の実施形態は、実現が簡単であり、スリーブ１３をその内部エンベロープ面全体にわたって均一に保持することを可能にする。

圧力回路２１は、冷却回路２４に接続され、例えば閉回路を形成することが意図される（図４参照）。変換ユニット７はまた、冷却回路２４を通って流れる流体を冷却するように構成された冷却モジュール２５を備える。冷却モジュール２５は、例えば、冷却回路２４を通して流体を流すポンプと、冷却回路２４を通って流れる流体を冷却することが可能な熱交換器とを備える。

１つの例示的な実施形態によれば、ドッキングポート２２及び２３は各々、圧力回路２１を冷却回路２４に接続するために変換ユニット７の相補的接続要素２７と係合することが意図された、マンドレル１２の接続要素２６を含む。

接続要素２６は、例えば、圧力回路２１のそれぞれのドッキングポート２２及び２３のオリフィスに密に取り付けられた別個の要素である。接続要素２６及び相補的接続要素２７は、例えばクイックコネクタ型式である。互いに係合する接続要素２６及び２７の端は、例えば雄／雌型である。

クイックコネクタはまた、互いに切断されたときには遮断位置を取り、互いに接続されたときには流体の通過を許容する開放位置を取るように構成される。このことにより、これらが切断されたときに圧力回路２１を自動的に閉じることが可能になり、これは、スリーブ１３をマンドレル１２に固定するために周囲壁１７によって半径方向圧力を及ぼすのに必須である。

変換ユニット７を動作させるための方法の一例において、スリーブ１３をマンドレル１２上の所定位置にロックするために、圧力回路２１の２つのドッキングポート２２及び２３のうちの一方のみ、例えばマンドレル１２の後方に配置されたドッキングポート２３が接続される。マンドレル１２の前方に配置されたドッキングポート２２の接続要素２６は、そのとき遮断位置にあり、圧力回路２１を閉じる（図５）

次いで、圧力回路２１を通して流体が送られる。冷却回路２４は、冷却モジュール２５から隔てられている。圧力回路２１内の流体によって及ぼされる圧力は、そのとき周囲壁１７を半径方向にロック位置に押しやり、これをスリーブ１３の内部エンベロープ面に当接させ、それによりスリーブ１３をマンドレル１２にしっかりと固定する。

マンドレル１２の２つの接続要素２６の少なくとも一方は、変換ユニット７の相補的接続要素２７に接続されたままである。このようにしてマンドレル１２にしっかりと保持されたスリーブ１３は、平坦基材を変換する動作を実行するためにマンドレル１２によって回転駆動されることができる。

動作の終了時に、ひとたび変換ユニット７が停止すると、すなわち回転工具がもはや回転していないとき、スリーブ１３をマンドレル１２から解放するために流体の圧力が低減される。

次いで、圧力回路２１の２つのドッキングポートの他方２２が冷却回路２４に接続される。このようにして相補的接続要素２７に接続された接続要素２６は、流体が冷却モジュール２５によって冷却されてマンドレル１２を冷却するために、閉回路を形成する冷却回路２４を通って流体が流れることを許容する。このとき、マンドレル１２及びスリーブ１３が冷却されることができる。これが十分に冷却されて周囲壁１７がその静止位置にあるとき、スリーブ１３を容易に取り外すことができる。

スリーブ１３をマンドレル１２に固定するために用いられる圧力回路２１は、このようにして変換ユニット７が停止したときにマンドレル１２を冷却するためにもまた使用される。この圧力回路２１の第２の使用は、スリーブ１３をより容易にかつすばやく取り外すためにマンドレル１２の冷却を加速することを可能にする。さらに、スリーブ１３をマンドレル１２に固定する操作又はマンドレル１２を冷却する操作は、圧力回路２１の接続又は切断操作によって容易に制御し及び自動化することができる。

本発明は、説明された及び図示された実施形態に限定されない。特許請求の範囲によって定められる範囲から別様に逸脱することなく、多数の修正を行うことができる。

Claims (15)

1. 上にスリーブ（１３）が装着されることが意図された、平坦基材変換用ユニットのための回転工具マンドレルであって、
   −円筒形コア（１４）と、
   −周囲壁（１７）と、
   −前記周囲壁（１７）と前記円筒形コア（１４）との間に設けた圧力流体回路（２１）と、
   −前記円筒形コア（１４）の領域に流体を流すことを可能にし前記マンドレル（１２）を冷却するための冷却流体回路（２４）と、を備えた回転工具マンドレルであって、
   −前記周囲壁（１７）は、静止位置と、前記スリーブ（１３）を前記マンドレル（１２）の所定位置にロックするために前記スリーブ（１３）に半径方向圧力を及ぼすことによるロック位置とを取ることが可能であり、
   −前記圧力流体回路（２１）は、前記前記スリーブ（１３）に前記半径方向圧力を及ぼすために設けられている、ことを特徴とする、マンドレル。
2. 前記圧力流体回路（２１）と前記冷却流体回路（２４）とが互いに接続されることを特徴とする、請求項１に記載のマンドレル。
3. 前記冷却流体回路（２４）用のドッキングポート（２２）が前記マンドレル（１２）の前端に配置され、前記圧力流体回路（２１）用のドッキングポート（２３）が前記マンドレル（１２）の後端に配置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載のマンドレル。
4. 前記ドッキングポート（２２、２３）は、前記マンドレル（１２）の回転軸（Ａ１、Ａ２）に沿って位置合わせされることを特徴とする、請求項３に記載のマンドレル。
5. 前記ドッキングポート（２２、２３）は各々、前記圧力流体回路（２１）を前記冷却流体回路（２４）に接続するために、前記平坦基材変換用ユニット（７）の相補的接続要素（２７）と係合することが意図された、前記マンドレル（１２）の接続要素（２６）を備えることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載のマンドレル。
6. 前記接続要素（２６）及び前記相補的接続要素（２７）は、クイックコネクタ型式であり、これらが切断されているときは遮断位置を取り、これらが接続されているときは流体の通過を許容する開放位置を取ることを特徴とする、請求項５に記載のマンドレル。
7. 前記圧力流体回路（２１）は、前記円筒形コア（１４）のまわりに、前記マンドレル（１２）の回転軸（Ａ１、Ａ２）と同軸の管形態部分（２１ａ）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のマンドレル。
8. 前記圧力流体回路（２１）は、前記マンドレル（１２）の各ジャーナル（１５、１６）内に設けられた少なくとも１つの軸線方向ダクト部分（２１ｂ）を有し、前記軸線方向ダクト部分（２１ｂ）は、ドッキングポート（２２、２３）に連結していることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のマンドレル。
9. 前記圧力流体回路（２１）は、各軸線方向ダクト部分（２１ｂ）を前記管形態部分（２１ａ）に連結する少なくとも１つのダクト部分（２１ｃ）を備えることを特徴とする、請求項８に記載のマンドレル。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の少なくとも１つのマンドレル（１２）を備えることを特徴とする、平坦基材変換用ユニット。
11. 前記冷却流体回路（２４）は、前記流体を冷却するための冷却モジュール（２５）に接続されることを特徴とする、請求項１０に記載の平坦基材変換用ユニット。
12. 前記冷却流体回路（２４）に接続された前記圧力流体回路（２１）は、閉回路を形成することを特徴とする、請求項１１に記載の平坦基材変換用ユニット。
13. 請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の平坦基材変換用ユニットを動作させるための方法であって、
    −前記圧力流体回路（２１）の前記２つのドッキングポート（２２、２３）の一方のみを前記冷却流体回路（２４）に接続するステップと、
    −前記スリーブ（１３）を前記マンドレル（１２）上の所定位置にロックするために、前記周囲壁（１７）が前記スリーブ（１３）に半径方向を及ぼすように前記圧力流体回路（２１）を通して流体を送るステップと、
    −前記マンドレル（１２）を冷却するために、前記圧力流体回路（２１）の前記２つのドッキングポート（２２、２３）を前記冷却流体回路（２４）に接続し、冷却された流体が前記圧力流体回路（２１）を通って流れるようにするステップと、
    を含むことを特徴とする、方法。
14. 前記マンドレル（１２）を冷却するために前記圧力流体回路（２１）を通る流体の流れは、閉回路内で実現されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記スリーブ（１３）を前記マンドレル（１２）に固定するために前記冷却流体回路に接続される前記圧力流体回路（２１）の前記ドッキングポート（２３）は、駆動部の反対側の前記マンドレル（１２）の後方に配置された前記ドッキングポート（２３）であることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載の方法。

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