專利名稱：可堆疊的纏繞芯子及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管狀纏繞芯子以及用于制造纏繞芯子的方法，各種材料纏繞到該纏繞芯子上以形成卷，其中，纏繞芯子構(gòu)造成便于多個(gè)纏繞材料卷端對(duì)端地軸向堆疊，從而它們?nèi)员３窒嗷ネS。
背景技術(shù)：
片材(web material)，諸如紙張、塑料薄膜、金屬箔和其它材料通常以較大材料卷的形式提供給片材轉(zhuǎn)換器(web converter)(例如，打印機(jī)、層合機(jī)、表面處理器、包裝制造器等)。片材纏繞在通常由紙板形成的管狀纏繞芯子周圍。一般慣例是將以兩層或多層端對(duì)端地垂直堆疊的多個(gè)材料卷裝在平板架上。將瓦楞紙或者塑料分隔件(plastic separator)或者托盤紙(slip sheet)置于相鄰層之間，以防止材料卷相互摩擦從而損害片材的邊緣。分隔件或者托盤紙?jiān)黾恿搜b運(yùn)片材的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了可堆疊的纏繞芯子和用于制造這種纏繞芯子的方法，從而可以允多個(gè)片材卷在材料卷的相鄰層之間沒有分隔件或者托盤紙的情況下端對(duì)端地堆疊。根據(jù)本發(fā)明的可堆疊的纏繞芯子具有凸出端和相對(duì)的凹入端。所述端部構(gòu)造成使它們不妨礙或阻止夾盤或心軸插入到芯子中，以將片材纏繞在芯子周圍或使片材從芯子周圍退繞。一個(gè)芯子的凸出端可容納在另一個(gè)芯子的凹入端內(nèi)，這樣，芯子可端對(duì)端地軸向堆疊，這些芯子的端部之間的接合用于使芯子相互之間同軸對(duì)齊。這些端部也構(gòu)造成支撐施加在芯子之間的軸向負(fù)載。
可以各種方式制造纏繞芯子。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以通常的方式制造用于形成纏繞芯子的紙板管(paperboard tube)。在管的一端處對(duì)管的內(nèi)表面進(jìn)行機(jī)加工，以增大內(nèi)徑并從而形成凹入端。在管的相對(duì)端處對(duì)外表面進(jìn)行機(jī)加工，以減少外徑且從而形成可裝配到另一個(gè)芯子的凹入端內(nèi)的凸出端。這樣，形成具有凸出端和凹入端的芯子，且芯子的內(nèi)徑無(wú)論何處都不小于在凸出端和凹入端之間延伸的芯子的主要部分的直徑。因而，夾盤或心軸可在沒有阻礙的情況下插入到芯子內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，纏繞芯子主要包括內(nèi)管，該內(nèi)管以軸向偏移的狀態(tài)布置在外管內(nèi)，使得在一端處內(nèi)管的端部延伸超出到外管，且在另一端處所述外管延伸超出內(nèi)管，從而提供凸出端和凹入端。內(nèi)管和外管相互間以適當(dāng)?shù)姆绞焦潭?，以防止其間的相對(duì)移動(dòng)。
管中管的實(shí)施例可以這樣制成，即，制造內(nèi)管并獨(dú)立地制造外管，使內(nèi)管的外徑稍小于外管的內(nèi)徑。然后將內(nèi)管插入到外管內(nèi)并使其處于軸向偏移的狀態(tài)，將所述管相互固定以防止它們之間的相對(duì)移動(dòng)?；蛘?，在螺旋地纏繞紙板纏繞芯子的情況下，多個(gè)內(nèi)層可被纏繞在心軸周圍，并粘結(jié)在一起從而形成內(nèi)管，并且多個(gè)外層可被纏繞在內(nèi)管周圍，并粘結(jié)在一起從而形成包圍內(nèi)管的外管，同時(shí)管之間的界面沒有粘合劑。然后可將這樣形成的管組件切割成用于纏繞芯子的適當(dāng)長(zhǎng)度，內(nèi)管可相對(duì)于外管滑動(dòng)成軸向偏移狀態(tài)，將管固定在一起以防止相對(duì)移動(dòng)。


已經(jīng)概括地描述了本發(fā)明，現(xiàn)將參考附圖，所述附圖不必按照比例繪出，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)使芯子的相應(yīng)凸出端和凹入端接合而一個(gè)摞一個(gè)地堆疊的一對(duì)片材卷的前視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的芯子的剖面圖；圖2A是相對(duì)于圖1和2放大示出的局部剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)芯子的凸出端/凹入端的接合；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的芯子的剖面圖；圖4是用于制造用在生產(chǎn)圖3所示芯子的過(guò)程中使用的管的設(shè)備和過(guò)程的示意圖；
圖5A是通過(guò)圖4的設(shè)備和過(guò)程制造的管的剖面圖；圖5B是類似于圖5A的視圖，示出了由管制成的成品芯子；以及圖6是利用本發(fā)明的芯子堆疊的一平板架的片材卷的立體圖。
具體實(shí)施例方式
在下文將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中，示出了本發(fā)明的一些而不是全部實(shí)施例。實(shí)際上，這些發(fā)明可以具體體現(xiàn)為許多形式，并不應(yīng)該解釋為限制為這里列出的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例的目的是為了使所披露的內(nèi)容滿足可申請(qǐng)的法律要求。在整個(gè)說(shuō)明書中，相同的附圖標(biāo)記是指相同的元件。
圖1、2和2A示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的纏繞芯子10，其用于堆疊多個(gè)纏繞在這種芯子上的片材卷。纏繞芯子10通常包括圓柱形本體，該圓柱形本體的長(zhǎng)度超過(guò)要纏繞在芯子上的片材的寬度，這樣，在將片材纏繞成卷時(shí)，芯子的相對(duì)端突出到材料卷外部，如圖1所示。芯子包括凸出端12、相對(duì)的凹入端14和在凸出端和凹入端之間延伸并接合到這二者上的主要部分16。至少主要部分16由紙板管形成；在優(yōu)選實(shí)施例中，主要部分和兩端部為一體式結(jié)構(gòu)，并由紙板管形成。主要部分具有圓柱形內(nèi)表面18和圓柱形外表面20，這兩個(gè)表面在主要部分的幾乎整個(gè)長(zhǎng)度上具有不變的直徑。
凹入端14的內(nèi)徑大于主要部分16的圓柱形內(nèi)表面18的直徑。凸出端12的外徑小于主要部分的直徑并小于凹入端14的內(nèi)徑，這樣芯子的凸出端就可插入另一個(gè)芯子的凹入端中，如圖2A所示。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，凹入端的ID超出主要部分的ID(在下文稱作ID增加量)的量大約等于或稍大于主要部分的徑向壁厚的一半，且凸出端的OD小于主要部分的OD(在下文稱作OD減少量)的量大約等于或稍大于主要部分的徑向壁厚的一半。無(wú)論如何，ID增加量和OD減少量之和優(yōu)選地稍大于主要部分的壁厚，這樣，可在凸出端與凹入端之間沒有干涉的情況下，將凸出端裝配到凹入端內(nèi)。
優(yōu)選地，芯子的內(nèi)徑無(wú)論何處都不小于主要部分的圓柱形內(nèi)表面18的直徑。這就使得纏繞夾盤或者心軸能夠在沒有干涉的情況下插入到芯子中。
可以各種方式形成凸出端和凹入端。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，凸出端和凹入端由主要部分16的一體延伸部分組成，片材纏繞在該主要部分16上。凸出端12是這樣形成的，首先形成一圓柱形管，該圓柱形管沿其長(zhǎng)度具有一致的OD和ID，并在一端處對(duì)外表面進(jìn)行機(jī)加工以沿著管長(zhǎng)度的一部分減少OD。同樣地，凹入端是這樣形成的，在管的相對(duì)端對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行機(jī)加工，以沿著管的長(zhǎng)度的一部分增加ID。
各個(gè)凹入端和凸出端限定了至少一個(gè)表面(這里稱作“堆疊表面”)，用于承受施加在兩芯子之間的軸向壓縮載荷，如圖2A中所示，這兩個(gè)芯子的相應(yīng)凸出端和凹入端接合。在優(yōu)選實(shí)施例中，各端部形成兩個(gè)這種堆疊表面。更具體地，參考圖2，凸出端在其端部處限定了第一堆疊表面22，而第二堆疊表面24由在芯子的減少OD部分和主要部分之間的臺(tái)階部限定。凹入端限定了第一堆疊表面26和在凹入端的端部處的第二堆疊表面28，該第一堆疊表面26由在增加ID部分和主要部分之間的臺(tái)階部限定。凸出端的軸向長(zhǎng)度基本等于凹入端的軸向長(zhǎng)度。因此，在一個(gè)芯子的凸出端完全插入另一個(gè)相同芯子的凹入端時(shí)，如圖2A所示，凸出端的第一堆疊表面22抵靠凹入端的第一堆疊表面26，且凸出端的第二堆疊表面24抵靠凹入端的第二堆疊表面28。
在其它實(shí)施例(未示出)中，凸出端可以比凹入端長(zhǎng)，在這種情況下，在凸出端完全插入到凹入端中時(shí)，第一堆疊表面22、26將相互抵靠，而第二堆疊表面24、28將分隔開?；蛘撸钩龆丝梢员劝既攵硕?，在這種情況下，第二堆疊表面將相互抵靠，而第一堆疊表面將分隔開。然而，優(yōu)選地，如上所述，凸出端和凹入端的長(zhǎng)度優(yōu)選相等，以使得兩對(duì)堆疊表面相互抵靠，從而提供用于承受芯子之間的軸向負(fù)載的最大總表面積。
如所指出的，可通過(guò)首先生產(chǎn)紙板管，然后對(duì)相對(duì)端進(jìn)行機(jī)加工以形成凸出端和凹入端來(lái)制造上述芯子。在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，如下面結(jié)合圖3、4、5A和5B所述，具有凸出端和凹入端的芯子至少可以兩種不同的方式制造成“管中管”結(jié)構(gòu)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的管中管型式的芯子110。該芯子包括同心地設(shè)置在外管150內(nèi)的內(nèi)管140。內(nèi)管相對(duì)于外管軸向偏移，使得內(nèi)管的一端突出到外管的相應(yīng)端之外，同時(shí)內(nèi)管的相對(duì)端凹入在外管內(nèi)，從而在芯子的一端形成凸出端112，而在芯子的相對(duì)端形成凹入端114。通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞?未示出)將內(nèi)管固定到外管上，從而防止二者之間的相對(duì)移動(dòng)或者滑動(dòng)。這可通過(guò)在管之間涂覆粘合劑、通過(guò)機(jī)械裝置(例如，緊固件，諸如延伸穿過(guò)兩管的釘子等)或者以其它方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)分別地制造具有適當(dāng)長(zhǎng)度和直徑的內(nèi)管和外管，然后將內(nèi)管插入到外管內(nèi)并將管固定在一起，就能夠制造管中管芯子。內(nèi)管的外徑優(yōu)選地稍小于外管的內(nèi)徑，從而可在內(nèi)管和外管之間沒有干涉的情況下，將內(nèi)管插入到外管內(nèi)。
在可替換的實(shí)施例中，如圖4、5A和5B所示，在螺旋纏繞過(guò)程中通過(guò)“滑層(slip ply)”技術(shù)來(lái)構(gòu)造管中管芯子。該方法基本上類似于用于生產(chǎn)紙板管的傳統(tǒng)的螺旋纏繞方法，其中，多個(gè)紙板層被螺旋地繞到圓柱形心軸上，并通過(guò)涂覆在各層上的粘合劑接合在一起。在傳統(tǒng)方法中，粘合劑被涂覆到所有層的所有鄰接表面之間。本發(fā)明對(duì)該方法進(jìn)行了修改，使得在管壁厚的中間處或者附近的層與層之間界面沒有粘合劑，并因此在界面任一側(cè)的層可相對(duì)彼此滑動(dòng)。因此，在圖4中，多個(gè)內(nèi)層202、204、206和208一個(gè)摞一個(gè)地螺旋纏繞在心軸M上。層202被直接纏繞在心軸上，且層208沿徑向距心軸最遠(yuǎn)；層204和206沿徑向位于層202和208之間。可通過(guò)適當(dāng)?shù)耐扛苍O(shè)備(未示出)將粘合劑涂覆到層202、204和206的背離心軸的外表面上，但是沒有粘合劑涂覆到層208的外表面上。因此，內(nèi)層202、204、206、208通過(guò)粘合劑相互粘結(jié)在一起，從而在心軸上形成內(nèi)管。
將多個(gè)外層210、212、214、216纏繞在內(nèi)層上。在層210、212和214的外表面涂覆粘合劑上，從而使層210、212、214、216粘結(jié)在一起，形成圍繞在心軸上的內(nèi)管的外管。然而，在層208和210之間沒有粘合劑。因而，這些層可相對(duì)彼此滑動(dòng)。因此，由層202-208形成的內(nèi)管可相對(duì)于由層210-216形成的外管滑動(dòng)。
在切割站將形成在心軸上的復(fù)合管切割成適當(dāng)長(zhǎng)度以用于形成芯子。圖5A示出了一段包括內(nèi)管140和外管150的復(fù)合管。制造芯子的過(guò)程中的下一步驟是使內(nèi)管140相對(duì)于外管150沿軸向滑動(dòng)，然后通過(guò)釘子160或其它裝置將管固定在一起，從而防止管之間的進(jìn)一步相對(duì)移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的可堆疊的纏繞芯子允許多個(gè)片材卷被堆疊，從而在平板架上形成多層，如圖6所示，而不需要瓦楞托盤紙，而在此以前需用瓦楞托盤紙來(lái)防止由于材料卷之間的接觸而對(duì)片材的邊緣造成的損害。芯子的凸出端和凹入端延伸出片材邊緣，以及在相鄰芯子的凸出端和凹入端之間的接合保持了芯子相互之間同軸對(duì)齊，并保持在纏繞在芯子上的片材的邊緣之間的軸向間距，從而避免了對(duì)片材邊緣的損害。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解這里列出的本發(fā)明的許多修改和其它實(shí)施例，具有在前述說(shuō)明書和相關(guān)附圖中所教導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)的這些發(fā)明都屬于本發(fā)明。因此，可以理解，本發(fā)明不限于所描述的具體實(shí)施例，且修改和其它實(shí)施例都旨在包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管這里使用的是專用術(shù)語(yǔ)，但其僅僅是用于普通的和說(shuō)明性的意義，且并不用于限制。
權(quán)利要求
1.一種可堆疊的纏繞芯子，包括凸出端；相對(duì)的凹入端；在凸出端和凹入端之間延伸并接合到這二者上的主要部分，所述主要部分由紙板管形成，該主要部分具有圓柱形內(nèi)表面和圓柱形外表面，所述圓柱形內(nèi)表面和圓柱形外表面在所述主要部分的整個(gè)長(zhǎng)度上具有不變的直徑；凹入端的內(nèi)徑大于主要部分的圓柱形內(nèi)表面的直徑；凸出端的外徑小于凹入端的內(nèi)徑，從而可將芯子的凸出端插入到另一個(gè)所述芯子的凹入端內(nèi)；以及芯子的內(nèi)徑無(wú)論何處都不小于主要部分的圓柱形內(nèi)表面的直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的可堆疊的纏繞芯子，其特征在于，所述凸出端和凹入端由與主要部分一體形成的紙板管形成。
3.如權(quán)利要求2所述的可堆疊的纏繞芯子，其特征在于，分別在所述形成主要部分的紙板管的內(nèi)表面和外表面處對(duì)所述紙板管的相對(duì)端進(jìn)行機(jī)加工，以形成凸出端和凹入端，使得所述主要部分與凸出端和凹入端形成所述紙板管的整體部分。
4.如權(quán)利要求2所述的可堆疊的纏繞芯子，其特征在于，所述芯子包括內(nèi)紙板管，該內(nèi)紙板管同軸地布置在外紙板管內(nèi)并相對(duì)于外紙板管軸向偏移，從而內(nèi)紙板管的一端形成芯子的凸出端，而外紙板管的相對(duì)端形成芯子的凹入端。
5.如權(quán)利要求1所述的可堆疊的纏繞芯子，其特征在于，還包括第一堆疊表面和第二堆疊表面，該第一堆疊表面由凸出端和凹入端中的其中一個(gè)限定，而該第二堆疊表面由主要部分限定在主要部分的第一端處，該第一端與所述凸出端和凹入端中的其中一個(gè)相對(duì)，所述第一和第二堆疊表面不平行于芯子的縱軸，所述第一和第二堆疊表面被構(gòu)造和設(shè)置成在芯子的凸出端插入另一個(gè)所述芯子的凹入端時(shí)相互抵靠。
6.如權(quán)利要求5所述的可堆疊的纏繞芯子，其特征在于，所述第一堆疊表面由凸出端的端表面形成，而第二堆疊表面由在凹入端的內(nèi)徑和主要部分的圓柱形內(nèi)表面之間的臺(tái)階部形成。
7.如權(quán)利要求5所述的可堆疊的纏繞芯子，其特征在于，所述第一堆疊表面由凹入端的端表面形成，而第二堆疊表面由在凸出端的外徑和主要部分的圓柱形外表面之間的臺(tái)階部形成。
8.如權(quán)利要求5所述的可堆疊的纏繞芯子，其特征在于，還包括由凹入端的端表面形成的第三堆疊表面和由在凸出端的外徑和主要部分的圓柱形外表面之間的臺(tái)階部形成的第四堆疊表面，該第三和第四堆疊表面被構(gòu)造和設(shè)置成在凸出端插入另一個(gè)所述芯子的凹入端時(shí)相互抵靠。
9.一種用于制造可堆疊的纏繞芯子的方法，該方法包括如下步驟形成紙板管，該紙板管具有圓柱形內(nèi)表面和圓柱形外表面，它們沿著紙板管的長(zhǎng)度具有不變的直徑，紙板管具有在圓柱形內(nèi)表面和外表面之間限定的壁厚；在紙板管的一端對(duì)紙板管的圓柱形內(nèi)表面進(jìn)行機(jī)加工，以減少在紙板管的縱向第一端部上的壁厚，使得第一端部的內(nèi)徑大于紙板管的圓柱形內(nèi)表面的直徑；以及在紙板管的相對(duì)端處對(duì)紙板管的圓柱形外表面進(jìn)行機(jī)加工，以減少在紙板管的縱向第二端部上的壁厚，使得第二端部的外徑小于第一端部的內(nèi)徑。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述機(jī)加工步驟在第一和第二端部減少了大約百分之五十的壁厚。
11.一種用于制造可堆疊的纏繞芯子的方法，該方法包括如下步驟將多個(gè)內(nèi)層一個(gè)摞一個(gè)地螺旋纏繞在圓柱形心軸周圍，并將這些內(nèi)層相互粘結(jié)，從而在心軸上形成內(nèi)管；將多個(gè)外層一個(gè)摞一個(gè)地螺旋纏繞在心軸上的內(nèi)管周圍，并將這些外層相互粘結(jié)，從而在內(nèi)管周圍同軸地形成外管，所述內(nèi)管和外管組成了管組件，內(nèi)管的徑向外表面和外管的徑向內(nèi)表面之間的界面沒有粘合劑，使得內(nèi)管可相對(duì)于外管軸向滑動(dòng)；將所述管組件從心軸上取下，并將管組件切割成與要生產(chǎn)的芯子相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度；以及對(duì)于管組件的各個(gè)長(zhǎng)度，內(nèi)管相對(duì)于外管軸向滑動(dòng)的距離基本小于管組件的長(zhǎng)度，并將內(nèi)管和外管固定在一起，以防止進(jìn)一步的軸向滑動(dòng)，從而使得內(nèi)管的突出端部形成凸出端，而外管的相對(duì)端部形成凹入端，并且一個(gè)芯子的凸出端可插入到另一個(gè)芯子的凹入端中，以端對(duì)端地堆疊芯子。
12.一種用于制造可堆疊的纏繞芯子的方法，該方法包括如下步驟提供第一管，其具有限定外徑的外表面；提供第二管，其內(nèi)表面所限定的內(nèi)徑大于第一管的外徑，第一和第二管的長(zhǎng)度大約相等；將第一管同軸地置于第二管內(nèi)部，使第一管的外表面與第二管的內(nèi)表面接觸；將第一管相對(duì)于第二管軸向偏移，使第一管的第一端伸出到第二管的第一端之外，而第二管的相對(duì)第二端延伸到第一管的相對(duì)第二端之外，從而使得第一管的第一端形成凸出端，而第二管的第二端形成凹入端；以及將第一管和第二管相互固定，從而防止二者之間的軸向滑動(dòng)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的可堆疊的纏繞芯子具有凸出端和相對(duì)的凹入端。以這種方式構(gòu)造這些端部，使它們不妨礙或阻止夾盤或心軸插入芯子，以用于纏繞或退繞繞在芯子的片材。一個(gè)芯子的凸出端可容納在另一個(gè)芯子的凹入端內(nèi)，使得芯子可被端對(duì)端地軸向堆疊，芯子的端部之間的接合使芯子保持同軸地相互對(duì)齊。端部也構(gòu)造成承受施加在芯子之間的軸向負(fù)載。
文檔編號(hào)B31C3/00GK1666945SQ2005100535
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者安杰拉·亞當(dāng)斯, 克利福德·A·貝盧, 維姆·范德·坎普 申請(qǐng)人:索諾克發(fā)展有限公司