質問は簡単そうに思えますが、答えは物理学に依存しますが、新聞を買うほとんどの人は物理学について決して話しません。あストレート型紙スティック成形機基本的な考え方は湾曲紙棒成形機と同じです。これらはすべて、スパイラルラッピングテープと接着剤を使用して、張力をかけて貼り合わせます。それから彼らはそれを長く切りました。しかし、成形経路の形状によって、生産の測定可能な詳細のほぼすべてが変化します。これには、コイル張力の広がり、肉厚の均一性、マンドレルへのアクセス、紙管が形状強度を失う前に機械が維持できる最大線速度が含まれます。
ここでは、各設定が実際に用紙にどのような影響を与えるのか、どこで最適に機能するのか、また、どのようなジョブで用紙の種類だけでなく種類を選択する必要があるのかを見ていきます。
「真っ直ぐ」と「曲がる」が実際に表すもの
紙ロッドの製造において、この名前は紙ストリップの供給経路に対する成形ロッドの設置位置を指します。
トラックマシンでは、フィードロッドは真っ直ぐか、ほぼ真っ直ぐです。テープの一端にはロールがありました。コントロールされた張力のもと、スパイラル状にロッドに巻きつきます。成形されたチューブは、遠端で同じ直線で出てきます。テープからカット - までの成形領域全体 - は直線に従います。
カーブパス マシン（湾曲または角度付きガイド タイプ）では、フィード ストリップとロッドの軸は固定角度になります。-通常は 30 ～ 60 度です。したがって、テープはカールポイントに近づくにつれて方向を変える必要があります。形成されたチューブは、フィードに対して斜めに圧延されます。
形状の違いは小さいようです。しかし、それは大きな影響も与えます。
曲がりくねった緊張: 物理学が分岐する場所
スパイラル紙管成形において最も重要な問題は巻き張力である。張力が低すぎるとパイプが潰れてしまいます。高すぎると、紙の内側の層が破れて重なり合います。通常、直径 4 ～ 8 mm のロリポップまたはストロー ロッドの目標張力範囲は、約 2 ～ 8 N. gsm の紙テープ 60 枚に対して約 2 ～ 8 N です。 ISO 9073-3:2020 では、この厚さの範囲で紙テープを伸ばす方法が規定されています。
直線設定では、テープは巻き取り点まで直線的に移動します。-コイルの重量、テープの厚さ、またはモーターのトルクスイングによる張力の変化-は、途中で形状が変化することなく、巻線点に直接到達します。-リリースロールのブレーキ張力とロッドの張力との関係はほぼ直線的であり、予測が容易です。この予測可能性により、ストレート タイプの紙スティック成形機は、一定の張力振動を発生させることなく、150 ～ 400 m/min の安定したライン速度で動作することができます。ただし、リリースブレーキの権利を調整する必要があります (Soroka、2009)。
ベンディングマシンでは、ロッドに到達する前にテープをガイド レール セクションの周囲で曲げる必要があります。これにより、キャプスタンの摩擦効果が増加します。-巻き取り点の張力は送り張力の e ^ (μ) に等しくなります。ここで、ミュオンはガイド レールの表面上の摩擦点の数、つまり半径角度です (Eytelwein のキャプスタン方程式、Hamrock、Schmid & Jacobson、2004 年に引用)。 45のテンション??ガイドレールはミュオン=0.15 で約 1.11 倍高くなります (コーティングされたガイドレール vs 70 gsm 紙)。この効果は、機械が安定しているときは小さいですが、加速時や減速時には大きくなります。これは、慣性によって真のミュオンが短時間変化するときです。他の設定がすべて同じであれば、この種の障害は直線的な生産ではほとんど発生しません。-
マンドレルの形状と壁-の厚さの均一性
ロッドによって、完成したスティックの内側の穴のサイズが決まります。トラックマシンでは、ロッドは長い静的なスチールロッド (または高速ラインの冷却水用の中空パイプ) です。通常は 600 ～ 1,200 mm で、曲がりくねった領域全体に渡ります。紙が形成され、ロッドの自由端から落ちます。
ロッドは真っ直ぐで、巻き付け経路も直線であるため、らせんピッチ角-テープがロッドを囲む角度-は成形長さ全体にわたって同じままです。ピッチが安定しているということは、層の重なり幅が安定していることを意味します。これにより安定した肉厚が得られます。 TAPPI T411 による直線生産における完成チューブ厚さの測定では、通常、チューブ長さの変動が 3% 未満であることが示されます。-
ベンディングマシンでは、ガイドレールの方向変更により、外層のアプローチ角度が内層のアプローチ角度よりも若干不均一になります。この不均一さは最小限です-通常、テープの近位端と遠位端の間の実際の巻き付け角度には 1-3 度の差がありますが、チューブの円の周りの重なり幅には顕著な違いが生じます。ロリポップ スティックや綿棒のシャフトの場合、壁の周囲の厚さの変化と同様に、断面の真円度が重要です (ロリポップは型や綿棒のヘッドに適している必要があります)。製品の中に隠された紙ストローの場合は問題ありません。
マンドレルへのアクセスと切り替え時間
異なる直径のスティックを使用する成形機では、ロッドを交換する必要があります。それがストレートが現実世界に設定されることの大きな点です。
リニアマシンでは、巻き取りエリアの一端からロッドを真っ直ぐに引きます。この仕事では指導を中断する必要はありません。曲がったガイド レールに再度通したり、角度を付け直したりする必要はありません。-訓練を受けた作業員は、直線で 8 ～ 15 分でポールを交換します。 TAPPI T556 はチュービングマシンの一般的な設置時間を示しますが、実際の時間はマシンのタイプによって異なります。
曲げ機械では、ロッドは送り量に対して異なる角度で固定されます。これを取り外すには、まずガイド アセンブリをクリアする必要があります。元に戻すには、新しいロッドの直径に合わせてガイドロッドが曲がる角度を再設定する必要があります。これは、パイプ径によって最適な曲げ形状が異なるためです。ベンダーの切り替え時間は、ジャーニーマンの場合 20 ～ 45 分です。直径 6 mm から 12 mm までの茎の混合注文など、直径が日々変化する生産現場では、シフトごとに 15 ～ 30 分の追加のダウンタイムが追加されます。
速度と出力容量
シングルコイルヘッドを備えたストレート紙ロッド成形機は、通常、150 ～ 400 m/min でチューブを成形します。これにより、1 分間に長さ 60 mm で約 2,500 ～ 8,000 本の完成スティックを切断できます。フレーム上に 2 つまたは 4 つの平行なロッドを備えた高速で大型のモデルでは、1 分あたり 15,000 個を超えることがあります。
ベンドマシンは、前述したようにウインチの張力制限により、通常 80 ～ 250 m/min と評価されます。高速での張力の問題により、実際の限界が決まります。このスピードの差は、数千万本のストローを注文するケータリングの仕事など、非常に多くの基本的なストロー生産にとって重要なビジネス要素です。{4}}
厚肉の作業（肉厚が 0.6 mm を超える場合は 3 ～ 5 層が必要）の場合、直接取り付けによる速度の利点ははるかに小さくなります。{0}}多層巻きにはさらに多くの給紙ステーションが必要です。-ストレートナーでは、新しいテープ片ごとに長い成形領域が必要になります。これにより機械が大型化します。曲げ機械では、形状が小さいほど、狭いスペースでのより大きな進入角度に適応する可能性が高くなります。厚い-工業用紙管の場合-スティックではなく-、通常、巻き取りパスを巻くことが推奨されるオプションです。これは、速度要件よりも空間制限の方が重要であるためです (Twede & Selke、2005)。
-メカニズムを切断し、-面の品質を終了する
どちらのマシンタイプも、2 つの切り捨て方法のいずれかを使用します。 1 つは、移動するパイプを切断するために使用される回転ディスク ブレードです。もう 1 つはトラック ツールで、切断中にパイプの長さに追従します。端の品質-切断面の四角形と裂け目があるかどうか-は、刃の鋭さと速度比に大きく依存します。道が直線か曲線かは関係ありません。
それが本当の違いです。切断ユニットは、ダイヤフラム上のチューブ経路の端に配置されています。これにより、2 番目のカット ステーションを追加して両方の長さを同時に行うことが簡単になります。ベンダーではパイプが斜めに出てきます。したがって、ラインに 2 番目の切断ステーションを追加するには、巻き取りと切断の間にパイプの直線セクションを追加する必要があります。
{0}医療用ノズル、綿棒シャフト、コーヒー マドラーなど-正確な反転や対角線を必要とする作業の場合は、両方のデバイスの遠端に 2 番目の面取りステーションを追加できます。このステップでは、どちらのタイプにも形状ベースの利点はありません。-
アプリケーションのマッチング: どの形式がどこに属するか
適切なタイプのマシンは、一般的な好みではなく、何を作る必要があるかによって決まります。
次の場合は直線トレインが通常の選択です。
- 紙ストロー (直径 4 ～ 12 mm、大容量)
- ロリポップとキャンディーバー (3 ～ 6 mm、間違ったサイズ、型に適合する必要があります)
- 綿棒軸（2.5～3.5mm、綿棒ヘッドの取り付けには真円度が重要）
- 医療用アプリケーター (ストレートバー引き出し式のシンプルな洗浄形状により、クリーンルームでの生産が容易になります)
ベント-パス マシンは次の場合に適しています。
- スペースが狭い場合の厚い-壁紙チューブ
- 直径の変更がほとんどなく、少量から中量の生産が可能
- フレキシブルチューブ出口角度により、より大きな生産ラインへの接続が容易になる作業
6 ～ 8 ミリメートルのストローを年間 1 億～3 億本などの中規模の-規模のジョブ-では、違いは生じません。{6}}これらについては、どのタイプでも構いません。次の選択肢は、作業員が機械についてどれだけよく知っているか、部品がすぐに入手できるかどうか、そして機械のコストがどれくらいかということです。
接着剤塗布時の注意
どちらのモデルも、テープが重なる部分に水ベースのデキストリンまたは PVA 接着剤を使用しています。{0}接着剤のシステムはカールの形状に依存しませんが、接着剤の乾燥時間はカールの形状に依存します。時速 350 マイルで、成形チューブは約 0.1 ～ 0.2 秒で巻き取り領域を離れます。その時点でパイプが開かなくなるほど接着剤が固まっていないと、パイプが鋸で折れてしまいます。この問題は、接着剤の厚さ (通常は 2,000 ～ 20 mps、ISO 2555 ℃) とライン温度を制御することで解決できます。低速の湾曲機械では、チューブがロッドに長く留まるほど、接着剤の乾燥時間が長くなります。これは、寒い環境での接着剤の乾燥が遅いという点で大きな利点となります。
まとめ
ストレートスルースティック成形機と曲げ紙スティック成形機の選択が必ずしも良いとは限りません。{0}ストレートタイプの紙スティック成形機は、より高い出力、より均一な肉厚、より速いロッド交換速度、および全速度範囲でより安定した巻き取り張力を備えています。これらの利点は、ストローバーやキャンディーバーを大量生産するための鍵となります。{3}カーブしたパスは、サイズを小さくし、ブーツのピークテンションを低くするように設定されています。これらは、厚い壁で囲まれたパイプ、少量の稼働、コンパクトな生産フロアのレイアウトにとって重要です。-
厳密な直径誤差と高出力が必要な食品接触操作では、ストレートスルーがエンジニアリング標準です。{0}}その他については、建物の形状が最終的な決定となるかもしれません。
参考文献
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- タッピ T411 om-15。紙、板紙、複合板紙の厚さ（キャリパー）。たっぴ。
- TAPPI T556 午後-12時。さまざまな紙の種類に対する製紙設備の適合性を判断する手順。たっぴ。
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- BJ ハムロック、SR シュミット、BO ジェイコブソン (2004)。流体膜潤滑の基礎(第2版)。マルセル・デッカー。 (キャプスタン方程式、第 12 章)
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- ISO 534:2011。紙と板紙 - 厚さ、密度、比容積の測定。 ISO。
- ASTM D2290-19。スプリットディスク法によるプラスチック管または強化プラスチック管の見かけのフープ引張強さの標準試験方法。 (紙管の構造試験に適用できるフープ応力法-について参照されています。) ASTM インターナショナル。