TW555647B - Paper mill core structure for improved winding and support of paper mill roll - Google Patents

Description

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發明範圍 本發明係關於一供纏繞與支撐連續寬紙張之重滚筒用之 紙板軋心結構。本發明係更特別關於一供纏繞與支撐連續 紙張寬度超過1 00吋（254 cm)，及滾筒直徑通常在約5 〇吋 (127 cm)以上紙軋滾筒用之具有高平面撕裂強度及動力強 度之多層紙板軋心結構。 發明背景 在重要終端應用，如照相凹版印刷中，供支撐寬且重之 紙軋滾筒用之寬且重之紙板軋心之結構係應符合包括高平 面撕裂強度及南動力強度之強度需求。任一強度需求皆係 必需，因於纏繞及展開操作時，紙板軋心係以擴張夾頭在 其末端支撐於内部，且纏於該軋心上之紙滚筒係具有二噸 (1，800 kg)以上之重量，通常係會接近或超過五噸（4,5〇〇 kg)，及其跨度通常係約在1 〇〇吋及丨4〇吋（254 cm及356 cm)之間。目前，該等軋心在美國係以3吋（76.2 mm)及6 吋（152.0 mm)之二種標準内徑供應，及在歐洲係以ι5〇 4 mm内徑（對應美國之6吋内徑紙軋軋心）之一種標準供應。 已知之問題，如這些重且寬之紙滾筒”中心區破裂”故障 多年來一直困擾造紙工業。特別是，纏繞時表現完美的紙 滾筒，隨後在印刷期間於展開操作時確沒有明顯原因的故 障。中心區破裂故障之徵兆係已知且一致。在接近札心之 滾筒部份及在展開夾頭上方滾筒末端處之紙張破裂，補綻 會被側向擠出滾筒之外。這些補綻顯著地增加在印刷過程 中捲筒紙破裂的機會，而導致印刷室停工之高昂成本。同 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

線 555647 A7 —-----------B7 五、發明説明（2 ) 時’補、纟定係會叠於藥|丨發紐# 一 曰且π 餘、，.氏張又頂端而導致印錯或品質問 題。此種退還紙乾供鹿商 > 古Μ % 罕供應商之有缺陷紙滾筒係對獲利的一個 主要衝擊。 中心區破裂故障之真正原因尚未判定。例如，檢驗支撐 具有中心區破裂故障之紙軋滾筒之紙板軋心並未導致札心 中<任何相關缺陷的判定。約1β8%之紙乳滾筒係會發生中 心區破裂故障及已知中心區破裂故障之頻率係有上升之趨 勢。故障又增加係由於使用較寬且重之紙滚筒之故。同 時與數十年別之優良品質紙張相比較，目前優良品質紙 張，通常係較薄而且表面摩擦力較低，以及，由於較高之 回收纖維含量其強度往往減低。結果係導致難以保持纏繞 張力及在整個紙滾筒直徑上建立一致之結構。該等問題係 在修改紙軋纏繞裝置，使之在纏繞期間提供連續監視與控 制紙張張力’並施加扭力以得到所希望之纏繞張力分布。 該等修改係可建立摩擦力與壓力於纏妥之紙軋滾筒，以減 少在運輸中與後續展開之際，因滾筒上各層之滑動對該紙 乳滾筒造成之可能損壞。但中心區破裂故障持續且仍繼續 增加而無預期模式與原因可循。 、本發明申請人係已發展各種不同之紙板軋心結構及技 術，以解決為特定用途設計之紙板軋心之特定問題。例 如 ’ 1995 年2 月 28 日頒予 Yiming Wang，Monica McCarthy， Terry D· Gerhardt，及 Charles G. Johnson 之美國第 5,3 93,5 82號專利係披露加強平面撕裂強度之紙板管狀結 構。該等結構係包括使用分布於管壁中之紙板層區域或疊 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) A7 B7

555647 五、發明説明（3 ) 層，即低強度，低密度紙板層係配置在管壁之外表與内部 部位，而高密度，高強度紙板層係配置在紙板管壁中間或 中央部位。1996年4月9日頒予Yanping Qiu及Terry D Gerhardt之美國弟5,505,395號專利披露之紙板管結構係可 解決管内徑變形問題，即當管被支撐於一心軸及受高收縮 線或薄膜以高張力纏於軋心所致大致徑向壓縮負荷時引起 之變形。該等軋心結構係包括配置於管壁外表與内部部位 之南強度’南么、度紙板層’及配置在管壁中間或中央部位 之低強度，低密度紙板層所構成區域的使用。此外，影響 紙板管徑向撕裂強度之因素係討論於工程材料及技術年報 ( 1990 )第1 12卷144-150頁T· D. Gerhardt所撰，，螺旋帶紙管 外部壓力負荷之原理與實驗”。 雖該等及其他管結構及修改係已被提議作處理特定紙板 軋心使用需求之用，但隨供寬且重紙軋滾筒用之寬且重紙 板軋心而生的中心區破裂問題，未顯示係由紙板軋心任何 性質或明顯缺點所導致。此外，於纏繞操作時，過重之紙 軋紙滾筒及加施於紙板軋心之過量動力應力係必使紙板軋 心呈現高平面撕裂及動力強度，因此，可用於在希望壁厚 範圍内實施可能之軋心、吉構變化，以減低中心區之破裂故 障的乳心修改的範圍係受到限制。可能之礼心修改會更進 一步受限於由於在纏繞期間由纏繞夾頭表面施加至軋心内 部表面之所謂夾頭"破壞"（c h e w - 〇 u t)力的緣故，紙板軋 心内徑部份係由極高強度，高密度紙板層構成。的確，因 不同之需求，供寬且重紙軋滾筒用之紙板軋心，習知上係 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝 訂

555647 A7 B7 五、發明説明（4 ) 全部用極高強度，高密度紙板層構成。用於6吋（150及 152 mm)内徑紙板軋心之紙板層通常係具有一超出〇.80 g/cc之密度及一相當數量之層，以提供一約13 mm (0.512 叶）之壁厚’或在三对内徑紙板軋心時提供一約16 mm (0·630吋）之壁厚。 最近，本發明申請人係修改習知紙軋纏繞軋心結構，以 併入披露於1995年2月28日頒予Yiming Wang，Monica McCarthy，Terry D· Gerhardt ’ 及 Charles G. Johnson 之美國 第5,393,5 82號專利中之最佳平面撕裂強度結構。因此，目 前本發明申請人之紙軋纏繞軋心結構係採層之密度在高強 度範圍（0.80至0.92 g/cc)之較低部份之紙板層區域位在管 壁之外及内部份，在紙板層之中央區域係具有高強度範圍 (0.80至0.92 g/cc)之較高部份密度。該等乳心之中心區破 裂性能通常係超過或至少可與習知紙軋纏繞軋心之中心區 破裂性能相匹敵。 儘管習知紙板軋心結構及本發明申請人之修改軋心結構 之高強度及高耐久性，以及纏繞裝置係已修改至可建立最 佳紙教•浪筒’但中心區破裂故障係仍繼續發生及有增加之 趨勢。 發明概述 本發明係提供紙板軋心結構，該結構係確實減低或消除 寬且重紙軋滾筒之中心區破裂故障。本發明之紙板軋心結 構係根據一前未確認之軋心破裂故障之判定及根據用以對 抗新發現問題之紙板軋心的最新修改。 本紙張標準(cns) A4規撕公釐) 555647 A7 ________Β7 ___ 五、發明説明（5 ) 特別地，本發明之發明人發現纏繞操作時使用之夾頭可 顯然地使紙板軋心之外徑與形狀變形。因纏繞完成後及夾 頭已分開時，軋心通常係恢復原有尺寸及形狀，故變形不 明顯。因軋心直徑與形狀係於纏繞操作時變形，故紙滾筒 中建立之壓縮與摩擦應力係視於纏繞操作時軋心之變形而 定。但當夾頭係在纏繞後分開及軋心恢復至原有尺寸及形 狀時’一部份於纏繞時在紙滾筒中建立之壓縮與摩擦應力 的有用效應係會消失。於纏繞時，建立之紙板軋心及紙滾 筒變形’及於軋心自纏繞夾頭拆除後，紙滾筒結構之相關 改變係因後續應力之變化而形複雜，即該等後續應力於展 開操作時，藉插入於紙軋軋心末端之展開夾頭，可加施於 紙滾筒。相信於展開操作時，由展開夾頭壓力導致之紙板 車L心變形，在某些情況下，係可加重纏繞時產生之變形應 力的傷害效果及/或增加於自纏繞夾頭拆除軋心時有利應 力足損失，因而增加軋心破裂故障之可能性。但在其他情 況下，展開夾頭加施至軋心末端之力係可至少部份抵消有 利應力之損失及/或於纏繞過程中變形軋心在紙滾筒中建 立之變形纏繞應力。相信與纏繞及展開相關聯之這些獨立 事件上之軋心破裂故障依賴性係會更進一步干擾中心區破 裂故障可能原因之判定。 根據本發明，供寬且重紙滾筒紙軋纏繞用之紙板軋心係 被修改以可確實減低或消除被纏繞及展開夾頭加施於軋心 内部 < 向外傳遞之力量。本發明紙軋心之結構特別係可容 许纏繞及展開夾頭使軋心内壁之内徑及形狀變形，同時阻 -8 -

555647 A7 ___ B7 五、發明説明（6 ) 止軋心外部變形，即軋心外部之對應變形係確實減少或消 除。根據本發明之紙乳心修改因此可以達成，並能保持紙 齓心所需之高平面撕裂及動力強度特性。 根據本發明提供之供抵制中心區破裂故障用的紙板乾心 結構係包括一由高強度但相當柔順紙板層構成之多層區 域’該區域係佔壁外70%内之厚度（以總壁厚為準）^高強 度但相當柔順紙板層之區域係具有一至少約4 mm之厚 度。此外’乳心總壁厚最好係至少約15 min，因而與全部 由極高強度，極高密度，非柔順紙板層構成之習知高強度 寬紙軋軋心壁厚相比係屬增加。 相當柔順，高強度紙板層最好係具有一約〇 65至約〇 75 g/cc之金度，以約0.67至約0·73 g/cc為較佳。在6叶内徑之 車L心的情況中（包括152 mm之美國型及15〇 min之歐洲 型）’相當柔順之高強度紙板層區域最好係配置在紙板壁 之中央部份。在3吋（76 mm)内徑之軋心的情況中，相當 柔順之向強度紙板層區域最好係配置在紙板壁之外部50〇/〇 之處’但最好此區域構成壁之外部40%。 、根據本發明之改良軋心結構係確實減少纏繞夾頭所致使 之外彳翌變化’及同時減低由展開夾頭傳遞至紙滾筒之傷害 力。根據本發明，此係可藉依賴一更柔順紙板層之區域而 非進一步加強軋心壁之強度而達成，其理由將下述作詳細 說明。增加之較佳軋心壁厚係有效地使更柔順之高強度紙 板層區域能保持紙板軋心之全部平面撕裂強度及動力強 -9 - 本紙張尺度適用巾國g家標準(CNS) Μ規格(別χ297公爱) 555647 A7 ___B7 五、發明説明（7 ) 度。此外，壁厚之增加係也可增加於纏繞及展開操作時之 最大容許纏繞速度（臨界速度）。 在本發明最佳實施例中，6吋（1 5 0及152 mm)内徑紙軋 心係具有一約15 mm以上之總壁厚，較佳為約16 mm之厚 度’因而，與習用宽且高強度之6吋内徑軋心的13 mm壁 厚相比較，係具有增加之壁厚。壁厚之内25-40%最好係由 具有密度範圍約0.80至〇·92 g/cc之極高密度，高強度紙板 層構成。壁厚之中央30-3 5%最好係由具有約0.65至0.75 g/cc密度之高強度，更柔順紙板層構成。如上述，壁厚之 外30-3 5%最好係由構成壁之内部區域之極高密度，高強度 紙板層構成。 根據本發明之3吋（76 mm )内徑之紙板軋心中，最好係其 壁厚之内55-65%由前述之極高密度，高強度紙板層構成及 3忖（76 mm)内徑軋心之壁厚之外35-45%之外壁厚係由前 述之高強度，更柔順紙板層構成。與習知用於3吋（76 mm ) 内徑之紙乾心之1 5 mm壁厚相比較，3忖（76 mm)内徑幸L心 最好係具有一約17-19 mm壁厚。 根據本發明另一實施例，高強度且更柔順紙板層之一部 份係可與極高強度紙板層在軋心壁之内3〇%中混合。但在 本實施例中，足夠之極高強度紙板層係配置在軋心壁之内 3〇%中，這樣，至少在該壁部份一半層數係極高強度之 層；及全部或大致全部形成壁内15%係極高強度之層。總 壁厚係超過15 mm ;低密度，高強度之柔順層的總厚度係 -10-

)55647 發明説明（8 超過5 mm ;及極高密度範圍之紙板層的總厚度係超過9 mm 〇 本發明之圖式形成本發明原來揭示之一部份； 圖1係以部份透視圖說明一以截面所示之纏繞失頭，該 夾頭係嵌入一習知紙軋軋心之一端，及支撐紙滾筒之一部 份，其特別顯示纏繞夾頭之凸耳已使紙板軋心外徑及形狀 變形； 圖2係以部份透視圖說明一與圖丨所示纏繞夾頭相較之不 同構型之展開夾頭（以截面圖示之），其嵌入一習知紙軋軋 心又一端及支撐紙滾筒之一部份，展開夾頭之凸耳結合纸 板軋心内部，以一構型對應不同圖1所示纏繞夾頭與軋心 之結合； 圖3係一習知紙板紙軋軋心透視圖及說明在三不同區域 中沿軋心長度受一習知纏繞裝置施力造成軋心外徑及形狀 變形之結果； 圖4係根據本發明較佳紙板軋心之部份剖面圖； 圖5係說明圖4所示較佳軋心及一纏繞或展開爽頭之凸尋 間相互影響之部份截面圖； 圖6係說明根據本發明另一較佳紙軋紙板軋心之部份剖 面圖；及 圖7係說明根據本發明另一優良紙軋紙板軋心之部份剖 面圖。 元件符號說明 •11 - 本紙狀度適財® @家鮮 555647 A7 B7 五、發明説明（9 ) 10 紙滾筒 12 習知紙板軋心 14 纏繞夾頭 16 纏繞夾頭1 6之凸耳 20 紙板軋心1 2之擴展區域2 0 22 紙滾筒10之區域22 34 展開夾頭 3 6 展開夾頭3 4之凸耳 3 8 力線 40 位置 42 紙滾筒1 0之區域 44 紙滾筒1 0之區域 50 末端部份 52 中間部份 100 軋心 1 02 多層區域 102a， 102b， 102c 紙板層 1 04 多層區域 104a 紙板層 1 06 多層區域 106a 紙板層 110 最外層 111 最内層 114 區域104之厚度 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 555647 A7 B7 五、發明説明（10 ) 116 區域1 0 2之厚度 118 區域1 0 6之厚度 200 軋心 202 内區域 202a 紙板層 204 外區域 2 04a 紙板層 2 10 最外層 2 11 最内層 2 14 區域204之厚度 2 16 區域2 02之厚度 3 00 軋心 3 02 内區域 3 0 2 a 紙板層 3 04 區域 3 04a 紙板層 3 06 中央區域 3 0 8 區域 3 0 8 a 紙板層 3 10 最外層 3 11 最内層 3 12 外區域 3 12a 紙板層 較佳實施例詳細說明 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 555647 A7 B7

本發明係將參照隨附圖式所示較佳實施例作更完敕二 明。雖本發明係呈不同之形式，但非僅限於在此所：：： 施例，相反地，該等實施例係使本發明之揭示更清楚與二 整，以及可完全地將本發明之範疇傳達予熟悉此技藝者: 全文中’參考號碼相似者係代表相似之元件。 圖1係說明一習知紙軋紙軋心纏繞過程，其中紙滾筒玉〇 之一部份係由一習知紙板軋心12支撐，而軋心在其内末端 部份係由一纏繞夾頭14支撐，該纏繞夾頭係包括複數徑2 笑出之凸耳1 6。如熟悉此技藝者所知，凸耳丨6係可藉各 種不同已知機構（未示出）使之徑向向内與向外運動，以使 紙板軋心12安裝在夾頭14之上及使夾頭14與紙板軋心12 結合。 在特殊情況下，當凸耳1 6係在一徑向退回位置（未示出） 時’該紙板軋心係會以同軸線方式安裝在夾頭丨4之上。於 纏繞操作完成時，凸耳1 6退回之際，亦會使紙板軋心！ 2 及整個紙滾洵1 0自夾頭1 4移除。另一方面，當凸耳1 6徑 向向外伸出時，該凸耳係會有力地接觸紙板軋心1 2内表 面，這樣，夾頭1 4旋轉時亦會使軋心1 2旋轉。 習知夾頭1 4係僅部份軸向伸入軋心1 2末端，通常係伸 入約2吋（5 1 mm )及約5吋（127 mm )之間的長度。因紙滾筒 10之重量極高，（即超過二噸（4〇〇〇 lbs·，1，800 kg)，通常 更會接近或超過五啼（10,000 lbs·，4,500 kg.))，及也因其 實際長度（通常約在100吋（2·5公尺）及142忖（3.6公尺）） 之間’及更進一步係因其實際之扭力必須自夾頭1 4傳遞至 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 555647 A7 _ B7 五、發明説明（12 ) 習知紙板軋心1 2，夾頭1 4之凸耳丨6係徑向向外伸長之設 計。凸耳1 6係藉扭力致動機構之壓力使之向外驅動，即該 機構係迫使凸耳16向外伸延一足夠結合於軋心内表面之距 離。 供宽且重紙滾筒紙軋纏繞用之習知紙板軋心1 2係完全由 複數極高密度，極高強度紙板層構成。通常，習知之6忖 内徑之乳心係由約20-25層之極高密度及極高強度紙板構 成’即紙板係具有一通常大於約〇·8〇 g/cc，至約0.92 g/cc 之密度。 本發明之發明人瞭解，通常係使用於構成供寬且重紙滾 筒用之習知軋心的紙板層之極高密度，如此高密度使藉由 壓縮紙板軋心1 2之壁而對施加至習知紙板軋心1 2之夾頭 力的吸收在理論上受限。因此，本發明之發明人設計實 驗’應用複數迷你應變儀至一習知纏繞乳心表面，以測量 習知纏繞夾頭1 4在即時纏繞操作中，對習知紙板軋心i 2 之效果，如圖1所示。測試結果係發現紙板軋心外部在纏 繞過程中會顯著變形。紙板軋心在其末端之變形如圖1所 示。特別係該凸耳1 6與習知紙板軋心之相對應重疊部分 (如圖1區域2 0所示）相互作用，這樣，軋心之該等部份係 向外彎曲致使軋心之形狀呈如圖1所示之方形（或其他多邊 形）。因此，因紙板軋心之極高密度，凸耳1 6所導致軋心 内部形狀之變形係產生對應軋心1 2外部變形。重疊紙板軋 心1 2擴展區域2 0之紙滾筒1 〇區域2 2被迫使向外至較滾筒 10之區域24更大之範圍，該區域24不重疊於夾頭14之凸 -15- 張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 555647

耳1 6 〇 也發現於纏繞操作完成及於支撐於習知纏繞軋心丨2之纏 滿紙滾筒1 0自夾頭1 4移除時，於紙板軋心丨2表面上所觀 祭到之顯著圓周上應力係減輕。實作上，其表示紙板軋心 1 2恢復其原有之圓形。因此，纏於紙板軋心丨2擴展部份 2 〇頂响之紙滾筒1 〇之區域2 2係可喪失於纏繞過程中發展 之徑向與摩擦應力的有利作用，進而可幫助保持滾筒之完 整直至展開操作《此外，相信在有些情況下，紙滾筒1〇之 區域22係也會因壓力差之結果而具有傷害性之作用，此相 對應於纏繞時，紙板軋心之變形外部形狀。 參閱圖2知，當紙滾筒1 〇由終端使用者，即印刷人員使 用時，先前變形之紙板軋心1 2係藉一展開夾頭3 4被支撐 於其内端内。但在多數情況下，展開夾頭3 4之設計與構造 係完全不同於纏繞夾頭14之構造。相對於纏繞夾頭14之 四個凸耳丨6，為說明之目的，僅顯示展開夾頭3 4之三個 凸耳3 6。 展開時，展開夾頭3 4凸耳3 6之展度係會加施相當之徑 向力I土如己變形紙板車L心1 2之内徑及外徑，如力線3 8 所示。因纏繞及展開夾頭結構間之差異，或因不同纏繞及 展開操作時，滾筒端相對夾頭凸耳之位移間之差異，與纏 繞時’變形軋心加施於紙滾筒之力相較，於展開時，軋心 末端之外側係會傳遞不同力量型式至紙滾筒（圖2所示三角 形分布力量）。 在某些情況下，圖1所示於纏繞操作時，紙板軋心2 〇之 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 555647

位=形邵份係可於展開時定位於一位置，如圖2所示之 凸耳 其在二伸出之凸耳36之間及不再重疊於伸出之 :耳，即在纏繞時之重叠凸耳16，如圖i所示。因此，顯 者2向I力釋放係可在該情況下發生錢心與在區域42 :浪筒ίο中的紙之間’該區域42係重疊紙板軋心之先前 份:同樣地，重疊於展開炎頭34之伸展凸耳“之 紙浪同10之區域44係可對應於圖i所示紙滾茼之區域24， 其係位於纏繞夾頭14伸展凸耳16之間，而非之上。其妹 果㈣加施應力至紙滾筒’㈣繞應力㈣，該應力係^ t不同之型式分布於筒之四周，因而加重任何存在於紙 滾筒足傷害效果，作為當纏繞時，加施變形應力之結果。 在另一方面，如展開夾頭34之凸耳36 ,係以於纏繞操作 時’大致對應於纏繞夾頭i 4凸耳丨6原本對正之方式與紙 滾筒對正，展開夾頭3 4加施於紙滾筒之應力係可潛在緩和 有利徑向及摩擦纏繞應力損失所造成之傷害，此發生在拆 下纏繞夾頭之時（前已討論）。 纏繞時，加施於紙滾筒末端之動力應力係暗示動力剪鹿 力（在紙層間之形成紙浪请之紙張的轴向滑動）出現於滾行 末端。而且，因動力應力係會於100-200 mm紙向外纏於紙 滾筒後減低，動力剪應力通常係僅在紙滾筒内部出現， 即，於印刷操作時，纸滾筒中心區破裂故障中損壞之、紙之 紙滾筒部份。 參閱圖3知，係說明紙板軋心於纏繞時之變形形狀。如 圖3所示，寬紙板軋心1 0之全長係包括三區域，二末端部

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份50及一較長之中間部份52。如圖3所大致顯示，軋心之 圓周變形通常係發生在乳心之末端部份5〇，而車匕心中間部 份52係不變形，其原因在，如圖1所示之夹頭“係僅伸入 如圖3所示軋心末端部份5〇。此外，如圖3所大致顯示， 重疊於如圖1所示纏繞夾頭14之—伸出凸耳16之軋心2〇之 部份係更向外伸延而超過軋心末端部份5 〇之區域24，該 等區域係位在區域20之間。因此，纏繞時加施於接近軋心 <紙滾筒部份的壓縮力與摩擦力之複雜性通常係會以如圖 3所示軋心變形形狀出現。 圖4係說明根據本發明之一較佳軋心結構。示於圖*中之 本發明軋心結構1〇0係目前供本發明6吋（15〇或15211^) 内徑紙軋心用之較佳結構。如圖4所示，軋心i 0 0之壁係 包括二個多層區域1〇2，104 ,及106，依序自軋心1〇〇 壁之内方部至軋心1 00壁之外方部排列。三區域丨〇2 , 1 〇 4，及1 〇 6之每一區域係分別包括複數紙板層丨〇2a， l〇4a，及l〇6a。在區域102中之層1〇2a係極高密度，極高 強之紙板开〉程’即該紙板具有超過約〇·8〇 之密度，最 好在約0.80 g/cc及約〇·92 g/cc之間及以具有〇·82 g/cc或更 高之密度為較佳，及以密度約在〇·82與〇 9〇 g/cc間之範圍 為更佳。 紙板密度係根據TAPPI 220及411標準測試決定，以供本 發明目的使用。根據該等測試，紙板係在73。士1。F及 50%土2%相對濕度空調條件下處理直至達平衡為止。而 後，至少用五份紙板樣品係接受厚度及面積測量，並稱 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公釐) 555647 五、發明説明（16 重。然後以重量（公克）除以體穑,、、 ) 月且積（互万公分）決定其密度。 參閱圖4，如圖所示形成軋 1 1(30壁足區域或層106之多 層106a係也可由前述與圖4所于^ 、 口 听不5域102 —起討論之極高 密度’極向強度紙板形成。开^决& κ 化成紙板軋心1 0 0壁中央或中 間區域1 0 4之多層104a係由高強泠^ 田问強度但相當柔順紙形成，即 該紙板具有約0.65及約0.75 g/cc間之密度，約〇 67及约 0.73 g/cc間之密度為更佳。最外層11〇，係可為一層或多 層（即一至三層，通常為一層或二層），該層或該等層紙板 係不同於區域1〇2之極高密度’極高強度之紙板層，也不 同於區域104之高強度但相當柔順之紙板層。有關於此， 應注意孩纏繞軋心之外層係為加諸軋心體外部之不同表面 摩擦或裝飾而選擇；及/或改良製造過程，如螺旋纏繞或 線性抽取過程；及/或改良外層之黏合；此將為精此技藝 者所熟知。同樣地，軋心體之最内單層或多層i丨丨係可以 此方式及以前述有關層1 1 〇之理由變化。 為與圖5 —同討論，圖4所示乳心壁之區域丨〇 4係具有一 厚度1 1 4 ’以至少約4 mm為較佳。甚至較佳地，區域1 〇 4 具有一大於約4.5 mm之厚度1 14，超過約5 mm為佳，但在 約4·5及6.5 mm之間則更佳。目前，最好係區域1 〇4具有 一約5至約6 mni間之厚度’取好係約5 ·6 mm。最好由柔順 之南強度紙板層形成之區域1 0 4係構成乾心壁總厚度之約 2 5及40%間，最好係壁厚之約30及35%間。 極高密度，極高強度紙板層形成之區域102及106 ,每 一層係分別具有一構成乳心1 〇 〇壁總厚度約2 5及約4 0 %之 -19· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

訂

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厚度116及118，最好每一區域1〇2及1〇6分別具有構成 軋心100壁總厚度約3〇及35%間之厚度。目前係每一區域 1 0 2及1 〇 6刀別具有一構成軋心丨〇 〇壁總厚度約3 3 %之厚 度 116及118。 圖5係更詳細說明本發明軋心結構如何與習知夾頭1 4之 徑向伸展凸耳16相互作用。特別如圖5所示，凸耳16之徑 向向外伸展係致使由極高密度，極高強度紙板層形成之最 内區域102之圓柱構型變形。因此，係使軋心壁區域1〇2 之每部伤120a向外推而形成類方形或類多邊形形狀之，， 角或直角π。但因區域丨〇 4之多層丨〇4a係相當柔順及低密 度之紙板材料，故重疊於凸耳16之區域104之部份12〇b係 可吸收軋心100壁内區域102部份12〇a之全部或大致之徑 向向外擴張部份。軋心1 〇 〇壁之外部區域丨〇 6之部份12〇c 之取好係僅徑向向外擴張一極小之範圍，因應變能量由區 域1 0 4吸收之故。 如圖4及圖5所示之一般或特殊的6吋内徑紙板軋心之結 構，最好該極高密度，極高強度紙板之一區域，即圖4所 示之區域1 0 6，係配置在相當柔順之高強度紙板區域1 〇 4 之外側。相信此種配置係可增強區域丨〇 4吸收凸耳丨6致使 之徑向擴展’而不會致使乳心體1 〇 〇外部顯著變形。 如圖4及圖5所示，由於分別形成軋心壁1 〇 〇内及外區域 102及106之紙板層的密度極高，夾頭14凸耳16(如圖5 所示）之徑向向外擴展係不會顯著地壓迫軋心壁内區域 1 0 2之厚度1 1 6或外區域1 〇 6之厚度1 1 8。但因區域1 〇 4係 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 555647 A7

由相田柔順低密度紙板形成，區域i 〇 4之厚度1 1 4，特別 係與夾頭1 4之向外擴展凸耳丨6重疊之區域丨〇 4的部份 120b，係可壓縮。通常，相當柔順區域1〇4之總厚度及層 數係可選擇以吸收夾頭凸耳丨6之擴展距離。因此，在較佳 I巳圍足較低部份中選擇低密度紙板材料形成區域〗〇 4時， 區域104之總厚度係可低於在較佳範圍中選擇高密度紙板 材料形成之區域104。 在一較佳實施例中，用以形成，如圖4及圖5所示軋心 1 0 0壁之總層數’係在約2 5至約3 5層之間，最好在約2 8 至约3 2層之間。通常，較高密度層與較低密度層相比時係 會較薄。例如，軋心1 〇〇壁可由每層具有約0 022吋（〇 56 mm)厚度之複數極高密度，高強度紙板層及每層具有約 0.025吋（0.64 mm)厚度之複數相當柔順高強度紙板層構成 係屬有利。 精於此技藝者應瞭解，紙板層之厚度及密度係可廣泛地 改變。用於本發明之紙板層最好每一層係具有約0.65及約 0.92 g/cc間之密度，更佳之密度係在約0.67及約0.90 g/cc 之間。紙板強度及密度通常係隨改變紙漿之處理，改變壓 輥程度，及紙漿原料之不同而變。紙板密度及強度係也可 因在製紙過程中使用之添加劑及強度劑而變。本發明使用 之紙板層通常係具有約0.020吋（.51 mm)及約0.035吋（.89 mm)間範圍之厚度，或較通常為約〇·〇22吋（0.56mm)及約 0.030对（0·76 mm )間範圍之厚度。 總括而言，本發明係述及多個以前未確認之問題及與中 -21 - 555647 A7 ______ B7_____ 五、發明説明（19 ) 心區破裂問題相關聯之導致因數。顯然地，如通常用以構 成寬紙軋心壁之極高密度，極高強度紙板層的強度係大部 份導自於南品質紙衆之高壓力壓縮。但由此而得之高密 度’南強度紙板係保留極少之容量以供更進一步之壓·縮 用，即，用以更進一步減少厚度。因此，本發明係著重於 相當強之複數紙板層的使用，每層紙板仍保留可更進一步 壓縮及減少厚度之容量。因此，本發明採用之低密度的高 強度紙板層係可吸收習知夾頭凸耳徑向擴展之量，以抵制 該會以對應量傳遞至紙板軋心外部之徑向擴展。 圖6係說明本發明用於3忖（76 mm)内徑紙軋軋心之一較 佳軋心結構。圖6所示之軋心係包括二區域，一内區域 202及一外區域204。内區域202係由複數極高密度，極 高強度紙板層202a構成，而外區域2 0 4係由複數高強度， 相當柔順紙板層204a構成。圖6所示車L心結構中，高強度 但相當柔順之紙板層區域2 0 4係適於配置在紙板札心壁外 50%之位置。取好係區域204具有一厚度214，該厚度係 構成約3 0至45%之壁厚，更好係構成約3 5及45%間之壁 厚，即約40%之壁厚度。同樣地，内區域202係也具有一 厚度216，該厚度係構成約50%至約70%之壁厚，更好係 構成約55%及65%間之壁厚，即約60%之壁厚。 當高強度，相當柔順密度紙板層配置在壁之外部中或接 近壁外部之一區域時，如圖所6示結構，最好該區域之總 厚度2 1 4係至少約5 mm，約6至約9 mm為較佳。圖6所示3 吋（76 mm)内徑紙板軋心結構之區域2 0 4的一較佳厚度 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 555647 A7 -— _B7 五、發明説明（2〇 ) 2 14係自約6.8至約7·2 mm。目前，圖6所示3吋（76 mm)内 徑紙板軋心結構之較佳總壁厚係自約1 7至約1 9 mm。 此外，圖6所示之軋心2 〇 〇係可選擇包括最外單層或多 層210 ’其係不同於區域2〇2之極高密度，極高強度紙板 層’也不同於區域2 〇 4之高強度，但相當柔順之紙板層。 當具有外單層或多層21〇時，其係可依前述有關圖4所示 層110之方式或理由而變化，此將為精此技藝者所熟知。 同樣地’圖6所示軋心2 〇 〇之最内單或多層2 n係也可依該 方式及理由而變化。 本發明之另一實施例係如圖7所示。圖7所示紙軋軋心係 適於6吋（150 mm或152 mm)内徑之紙軋軋心。圖7所示軋 心係包括五區域，一内區域3 〇 2，一外區域3 1 2，一中央 區域3 06，及二區域3〇4及3 0 8，分別配置於内及中央區 域，及外及中央區域之間。在圖7所示之紙軋軋心結構 中’内區域3 02係由複數極高密度，極高強度紙板層3〇2a 構成，而外區域3 1 2也係由複數高強度紙板層3 12a構成。 同樣地’中央區域3 0 6係由複數極高密度，極高強度紙板 層構成。區域304及308係分別由複數低密度，相當柔 順，之高強度紙板層304a及308a構成。 在圖7所示之紙板軋心結構中，内及外極高強度，高密 度紙板£域3 0 2及3 1 2係分別構成約六分之一紙板壁總厚 度。同樣地，每一由低密度，相當柔順之高強度紙板層構 成之紙板£域3 0 4及3 0 8係分別構成約六分之一紙板壁總 厚度。由極高強度，極高密度紙板層構成之中央區域3〇6 -23- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 555647 A7 ___B7 五、發明説明（21 ) 最好係具有一約為三分之一壁厚之厚度。壁之總厚度係最 好具有一至少約15 mm之總厚度。圖7所示之軋心3 0 0係可 選擇地包括最外單層或多層310，其係不同於區域302， 312，及306之極高密度，極高強度紙板層，也不同於區 域3 0 4及3 0 8之高強度，但相當柔順紙板層。當具有外單 層或多層3 1 0時，其係可依前述有關圖4及圖6所示外單層 或多層之方式或理由而變化，此將為精此技藝者所熟知。 同樣地，圖7所示軋心3 0 0之最内單層或多層3 1 1係也可依 該方式或理由而變化。 圖7所示之紙板軋心結構係非目前最佳者，但當顯著之 徑向力量加施至軋心内部時，其係確可提供相當強度，並 減少軋心外部之變形。 本發明寬與高強度之紙板軋心，一般係具有超出約1 〇 〇 忖之長度’通常超出約120叶（3 m)，或超出約142忖（3.6 m )或更長。其優點係該紙板軋心具有一約丨3 mm最小壁厚 度及較佳係具有一至少約15 mm或更厚之總壁厚度。更佳 地’總壁厚超過用於内徑相同之高強度紙板軋心的習知壁 厚時則更佳。因此，圖4及圖5所示6吋（152 mm)内徑之乳 心的壁厚度’最好係超出約15 mm，這樣，即超出13 mm 之標準壁厚。同樣地，圖6所示3吋（76 mm )内徑軋心之壁 厚’取好係超出3叶（76 mm )内徑乳心之15 mm習知壁厚。 使用之總壁厚超出内徑相等或相當之習知寬與高強度紙 板乾心的壁厚時，係可提供數項優點。特別係與習知結構 相較時，壁厚之增加，可補償使用一較小量（即層數少）極 -24-

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向密度，極高強度紙板層，同時仍能提供相當或超過習知 結構之平面撕裂強度的一平面撕裂強度。通常，本發明紙 板軋心係具有一至少約2 0 0磅/吋（3500 N/100 mm)之極高 平面撕裂強度。例如，一全部由極高密度，極高強度紙板 層構成之習知6吋内徑高強度紙板軋心係具有一約2 〇 〇镑/ 吋（ 3500 N/100 mm)之平面撕裂強度。圖4及圖5所示一較 佳6忖内徑紙板軋心係可立即具有一 16 mm (0.630忖）總壁 厚，因此較習知結構厚3 mm，此係表示增加23%之壁厚。 但在此情況下’僅約65-70%之總壁厚度係由極高密度，極 鬲強度紙板構成；因此，圖4及圖5所示結構最好係僅由用 於習知結構之約80%之極高密度，極高強度紙板層構成。 無論如何，圖4及圖5所示較佳紙板軋心結構係具有一約 220磅/吋（3850 N/100 mm)之平面撕裂強度。此外，與習 知軋心相比較，圖4及圖5所示較佳結構係減少約30%軋心 因夾頭結合而造成之外徑擴展。 同樣地，如圖6所示，供3忖（7 6 mm )内徑幸L心用之較佳 結構係可立即具有一與習知15 mm壁厚結構相比較之25% 軋心破裂之改善（減少乾心外徑因夫頭結合而造成之擴 展）。與供1 5 mm壁厚3吋（76 mm)内徑軋心用之習知約 3 0 0 ( 5250 N/100mm)平面撕裂強度相比較時，圖6所示最 佳結構之平面撕裂強度仍然係立即具有一約3 1 2镑/付 (5425 N/10Omm)之強度。此外，圖6所示紙板軋心之動力 強度特性係可與習知相當内徑軋心之動力強度相匹敵或超 越之。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 555647 A7 B7 五 、發明説明（23 根據本發明使用較厚之壁厚係可得較高之容許旋轉速 度，或’’臨界速度’’。因此，根據本發明，紙板軋心係可以 較習知軋心結構快約3至約5 %之臨界速度旋轉。最好旋轉 速度之增加，在本發明任一實施例中，皆可以大於約15 mm之總壁厚獲得。與較佳結構相關聯之較厚壁厚係會使 軋心外徑隨之增加。軋心外徑增加導致纏繞及展開時供任 何捲筒紙速度之一低旋轉速度。因此，臨界速度之性能得 以改善。 根據本發明紙軋纏繞軋心範例之結構係說明如下。 結構1 内徑：150.4 mm外徑：182.4 mm壁厚（估計）：16 mm 層數 密唐（g/cc) 厚度（微米) 内層* 約0.78 600 2-10 層 0.9 550 11-18層 0.72 620 19-27層 〇·9 550 28層 ** 0.68 740 外層 不適用 220 *内層係提供作製造考量。 **層28及外層係提供作製造及裝飾考量。 結構2 内徑：78.7 mm外徑：110.7 mm 壁厚（估計）：17 mm -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 555647 A7 B7 五、發明説明（24 ) * * 層數 密膚（g/cc) 厚度（微米) 内層* 約 0.72 620 2-18 層 0.9 550 19-29層 0.72 620 30層 ** 0.68 740 外層 不適用 220 内層係提供作製造考量 〇 *層3 0及外層係提供作製造及裝飾考量。 -27-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7

結構3 内徑：3叶外徑(估計）：m对壁厚（估計）: 0.76 0.82 0.68 不適用 氺氺 結構4 内層* 2-21 層 22-32層 外層 内層係提供作製造考量。 外層係提供作製造及裝飾考量 0.717 吋 厚度（微米1 0.025 0.022 0.025 0.013 内徑：6叫· 内層* 2-11 層 外徑(估計）：6.63忖壁厚（估計）：〇·633付 厚麿（微米)_ °·76 0.025 〇·9 0.022 12-31層 0.76 32-3 7層 0.9 3 8層 * * 0.76 外層 不適用 *内層係提供作製造考 *5? ° **層38及外層係提供作製造及裝飾考 0.025 0.022 0.025 0.013 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 五、發明説明（26 ) 結構5 内徑·· 6吋 外徑（估計）：6.63吋 壁厚（估計）：0.633吋 層數 密慶is/cc) 厚度（微米) 内層* 0.76 0.025 2-11 層 0.82 0.022 12_31層 0.68 0.025 32-37層 0.82 0.022 3 8層 0.76 0.025 外層 0.65 0.013 内層係提供作製造考量。 —層3 8及外層係提供作製造及裝飾考量。 由於本發明前述說明及附隨圖式，精於此技藝者係可抻 到本發明之很多修改及其他實施例。因此，應瞭解本發； 係不僅限於前所說明之實施例及在申請專利範圍以内之修 改及其他實施例。雖本發明係採用專有名辭，但其係—般 之敘述並非具有限制目的。 -29- 本紙張尺度適财®國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱)

Claims (1)

1. 555647 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ^ 以徑向向外方式配置該第二區域之外側，該第三區域基 本上係具有一 0.80 g/cc以上之密度及係構成3〇%及35〇/〇 間之總壁厚之厚度之紙板層，及在該區域中之該等層係 構成35%及45%間之總壁厚之厚度。 7·根據申請專利範圍第6項之多層紙板軋心，其中該内多 層區域係構成33%之總壁厚之厚度。 8· —多層紙板軋心，係供支撐一寬且連續紙軋紙張滾筒 用，該多層紙板軋心包括： 一多層紙板軋心結構，係具有超出1 〇 〇吋（255 cm )之 長度及通常係由一具有壁厚至少15 mm之呈圓柱形壁界 定之，及一 3吋（76.2 mm)之内徑； 該壁係包括一徑向内多層區域，該區域係構成至少 50%總壁厚及基本上包括每一層具有超過〇·8〇 g/cc密度 之紙板層；及 一第二多層區域，係在徑向外50%之總壁厚中，該區 域係基本上包括每層具有一 〇 · 65及〇. 75 g/cc間密度之紙 板層’該弟一多層區域係具有一至少5 mm之厚度。 9·根據申请專利知圍弟8項之多層紙板乳心，其中在該徑 向内多層區域中之每一該等紙板層係具有一 〇 82及〇·9〇 g/cc間之密度。 10·根據申請專利範圍第8項之多層紙板軋心，其中在該第 二多層區域中之每一該等紙板層係具有一 0 67及〇·73 g/cc間之密度。 11·根據申請專利範圍第8項之多層紙板軋心，其中該内多 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 555647

   層區域係構成總壁厚5 5至65%之厚度。 12·根據申請專利範圍第1 1項之多層紙板軋心，其中該第二 多層區域係具有總壁厚3 5及45%間之厚度。 13·根據申請專利範圍第8項之多層紙板軋心，其中該壁係 具有一 16 mm或更厚之總厚度。 14.多層紙板軋心，係供支撐一寬及連續紙軋紙張滾筒 用’該多層紙板軋心包括： 一多層紙板軋心結構，係具有超出1 0 0吋（25 5 cm )之 長度及通常係由一具有壁厚至少15 mm，及一 1 50-1 52 mm之内徑之呈圓柱形壁界定之； 該壁係包括一徑向内多層區域，該區域係構成2 5 %至 3 5%之總壁厚及基本上包括紙板層，該紙板層應具有一 密度’即至少構成徑向内15%壁之每一層紙板應超過一 〇·80 g/cc之密度，及在該徑向内多層區域内之其餘紙板 層係應具有一 0.67及0.73 g/cc間之密度； 一第二多層區域，係在徑向外70%之總壁厚中，該區 域係基本上包括每層具有一 〇·65至〇·75 g/cc間密度之纸 板層’该第二多層區域係具有一至少4 mm之厚度，總壁 厚係在15 mm以上；及 該紙板乳心係包括一由具有〇·67及〇·73 g/cc間密度紙 板層構成5 mm以上之總厚度，及一由超過〇·8〇 g/cc密度 紙板層構成9 mm以上之總厚度。 15·根據申凊專利範圍第1 4項之多層紙板礼心，係更進/步 包括一第三多層區域以徑向向外方式配置該第二區域之 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 555647 8 8 8 8 A B c D 申請專利範圍 外側，該第三區域係構成25%至35%之總壁厚之厚度及 基本上包括紙板層，該紙板層應具有一密度，即至少構 成外15%壁之每一紙板層應具有超過0.80 g/cc之密度， 及在該徑向外多層區域内之其餘紙板層係應具有一 0.67 及0.73 g/cc間之密度。 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)