JP2000511862A - 紙巻取り装置および紙巻取り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シートの坪量、機械方向の伸びおよび嵩について、ロール全体の代表的位置からとった対応シート特性と比較したときに、より高い均一性が得られる、ティッシュウェブ（１５）を親ロール（２５）として巻き取る装置および方法を開示する。本発明の装置および方法は、２つの支持ロール（２１、２２）間の支持されないスパンを横行するトランスファベルトのような可撓性部材（１８）により、ティッシュウェブ（１５）をリールスプール（２６）に係合させる段階を有している。ウェブは、親ロールが、支持されないスパン内の点で/トランスファベルトに対して押し付けられるときに、トランスファベルト（１８）から親ロール（２５）へと転移される。この結果生じるトランスファベルト（１８）の撓みが検出され、かつこれに応答して撓みを所望レベルに制御すべくリールスプールの位置が変えられる。これにより、ティッシュウェブ（１５）がロールに巻き取られるときに、所定の小さなニップ圧力がロールに加えられ、巻き解かれるときに所望の特性が得られる嵩高ティッシュの大きな親ロールが製造される。

Description

【発明の詳細な説明】 紙巻取り装置および紙巻取り方法 発明の分野 本発明は製紙技術に関し、より詳しくは、製紙機械で製造されたティッシュを 巻き取る装置および方法に関する。 発明の背景 化粧紙、トイレットペーパ、ペーパタオル等の種々のティッシュ製品の製造に おいて、ティッシュ製造機から出る乾燥ティッシュウェブまたはシートは、最初 に親ロールに巻き取られかつ更に加工するため一時的に保管される。これから或 る時間経過後に、親ロールが巻き解かれ、シートが最終製品の形態に変換される 。 ティッシュウェブを大形親ロールに巻き取るとき、ティッシュウェブが化粧紙 シート、トイレットペーパ、エンボス加工ペーパタオル等のいずれであっても、 ロールに大きな欠陥が生じることなく最終製品に効率的に変換できる態様でロー ルを巻き取ることは極めて重要である。理想的には、親ロールは、円滑な円筒状 周面と、円滑かつ平らで平行な２つの端面とを備えた本質的に円筒状の形態を有 している。円筒状周面および両端面には、しわ、隆起、偏心、小じわ等があって はならず、換言すれば、ロールは「寸法的に正確」でなくてはならない。同様に 、ロールの形状は、保管または通常の取扱い中にその円筒形状が崩れないように 、換言すれば「寸法的に安定」していなくてはならない。高速加工に適さない欠 陥が生じた場合には、全ロールをスクラップにしなければならない。 不適当な巻取り、特に、嵩張りが大きくて容易に圧縮される柔らかいティッシ ュウェブの巻取りには多くの欠陥が生じる。W.J.Gilmoreの論文「Report on Rol l Defect Terminology-TAPPI CA 1228」(ジョージア州Atlantaで開催された１９ ７３年Finishing Conference Tappiでの論文、第５〜１９頁)には、このような 多くの欠陥が示されかつ論議されている。また、James K.Goodの論文「The Scie nce of Winding Rolls」(１９９３年９月Oxfordで開催されたTenth Fundamental Reserch Symposiumの翻訳であるProducts of Papermaking(Ed. C.F.Baker、Vol.2、Pira Intemational,Leatherland、英国、第８５５〜８８１ 頁)には、ロールの芯の近くの不充分なウェブ応力によって、ロールの外側領域 が内方に圧縮され、これにより、一般に「スターリング(starring)」と呼ばれる 星型パターンの座屈が引き起こされる。また、スターリングにより、通常、芯と 、これに隣接したウェブの層との間に充分な摩擦を付与する芯の回りのウェブの 張力が緩められる。この摩擦損により、「スリッピング」または「テレスコーピ ング」が生じ、ロールの大部分（芯の回りの数層および最外領域の数層を除く） が、ロールの軸線方向に対して一方方向に移動されるため、ロールは使い物にな らなくなる。 T.Svanqvistの論文「Designing a Reel for Soft Tissue」(１９９１年、スウ ェーデン国Karlslandで開催されたTissue Making Seminar)に記載されているよ うに、センターアシスト形駆動形式の現在商業的に入手できるハードニップドラ ムリールは、約８〜１０ｃｍ³／ｇまでの嵩をもつ圧縮性ティッシュウェブのロ ールを巻き取るのに成功裏に使用されていると同時に、ニップ力を低下させかつ 芯軸のセンターアシスト形駆動の変調による進入ウェブ張力制御（in-going web tension control）を行うことにより、上記巻取り問題を回避している。しかし ながら、９ｃｍ³／ｇ以上の嵩および例えば３インチの試料幅当たり約１０kg以 下のMD Max Slopeに特徴がある高レベルの柔軟性をもつティッシュシートを巻き 取るのにこのような方法を使用する場合には、これらの問題が生じる。これらの 巻取り問題は、約７０〜１５０インチ以上の直径をもつ大形ロールを特に高速で 巻き取ろうとするときに目立つ。 理論で拘束することを望まないけれども、ウェブが、親ロールと圧力ロールと の間に形成されるニップ内に進入されるとき、進入ウェブ張力以外の２つの主要 ファクタが、巻取りロール内の最終応力に影響を与えると考えられる。第１のフ ァクタは、ニップの親ロールの部分が、親ロールの非変形半径より小さい半径に 変形されることである。変形半径から非変形半径への親ロールの拡大によりウェ ブが引っ張られ、かつニップ内に進入するウェブの設定張力からの大きな内部張 力の増大をもたらす。 もう１つのファクタは、ときどき、「二次巻取り」効果と呼ばれているもので ある。ウェブの一部は、親ロールと圧力ロールとの間のニップを最初に通った後 に、ロールに付加される。ウェブの一部は、次に、親ロールの回転毎に反復して ニップの下を通り、この間により多くの層が外径上に付加される。ロールの表面 近くの各点がニップに再び進入すると、ウェブがニップ圧力を受けて圧縮され、 ウェブの空隙体積内の空気が層間から追い出される。これにより、層間の摩擦が 充分に低下され、層を、内側層の周囲で、よりきつく摺動させることができる。 このことは、Erickkson等の著書「Deformations in Paper Rolls」(第５５〜６ １頁)、およびLemke等の著書「Factors involved in Winding Large Diameter N ewsprint Rolls on a Two-Drum Winder」(１９８７年開催のFirst Intemational Conference on Winding Technologyでの論文、第７９〜８７頁)に記載されてい る。 親ロールに付加されるときの各層の張力により、外側層からこの下の内側層に 圧縮力が加えられ、これにより、外側層からの累積圧縮効果によって、芯の周囲 領域でのウェブに最大内層圧力が発生される。二次巻取りが、この圧力に更に付 加される。ソフトティッシュは、圧縮を受けたときに伸びることが知られており 、従って、或る程度圧力の増大が吸収され、変形の可能性が小さくなる。従って 、累積圧力が、親ロールから巻き解かれるシート特性に種々の変化を引き起こす 過大レベルまで急速に上昇する。 残念なことに、慣用技術で巻き取られた親ロールの半径に沿って存在する内部 圧力およびウェブ張力勾配は、寸法的安定性の問題の防止には成功しているが、 ウェブ特性の好ましくない変化をもたらす。幾つかの領域における高張力によっ て、巻取り中に機械方向の幾分かが引き出され、また高い内部圧力によって嵩の 損失が生じる。巻解き時に、ニップ内およびニップ後の高張力により強く引っ張 られている領域は、ウェブが長手方向に引っ張られるため、低い坪量（basis we ight）を有する。極めて重要なウェブ特性のこれらの変化は、製品の品質に変化 を生じさせかつ加工作業に困難をもたらす。 上記T.Svanqvistの論文に記載された方法による、内部圧力の発生の補償は、 或る程度行われるに過ぎない。ウェブ材料の密度および強度は引用されたレベル より非常に低下されるので、ロールの巻取り中に変化する巻取り装置の摩擦力お よび他のファクタの大きさの不確実性によって、正確なニップローディング制御 を非常に困難にする。或いは、巻取り工程の制御の喪失によって、前述のような スターリングおよび芯滑りの問題を引き起こす張力勾配に逆効果をもたらす。 或るデリケート材料にニップを用いないピュア・センタ巻取りを行うことは知 られているが、上記のような高いウェブ張力を有する種類のティッシュウェブに はロールに充分な圧力を加えて機械方向の伸びを低減させる必要がある。ピュア ・センタ巻取りでは、芯の近くの張力を高くして、ロールのテレスコーピング現 象および他の欠陥を防止する必要がある。また、ピュア・センタ巻取りは、速度 制限を受ける。高速になると、ウェブ張力が高くなり過ぎ、かつシートフラッタ によりシートの破断および巻取り力の低下が生じる。 商業的に作動している殆どのティッシュ機械はドライヤとリールとの間に「オ ープンドロー(open draw)」と呼ばれている構造を有している。この構造は、乾 燥されたシートが、ドライヤとリールとの間の距離に亘って支持されないことを 意味している。より最近になって、製造時のシート破断を低減させることにより 生産性を高める努力において、オープンドローを用いないで、ドライヤからリー ルへと乾燥シートを搬送する支持ファブリックを使用する設計がなされている。 このような機械は、「Papermaking Machine for Making Uncreped Throughdried Tissue Sheets」という名称に係るRugowski等の米国特許第5,591,309号に開示 されているように、リールスプールまたは親ロールと巻取りドラムとの間にハー ドニップを使用し、ファブリックからリールまたは親ロールへのシートの転移を 行うようになっている。多くのティッシュシートの場合には、工程のこの時点で ハードニップが存在しても問題とならない。なぜならば、シートが比較的稠密で 、最終製品の品質に欠陥を生じさせることなく、シートが受ける圧縮力に耐える ことができるからである。しかしながら、最近開発された幾つかのティッシュシ ート、特に、Farrington等の米国特許第5,607,551号に開示されているような、 柔軟で、嵩高で、クレープをもたないスルードライ形ティッシュシートの場合に は、伝統的な巻取り方法では、実質的に一定の巻解きシートを形成する適当なウ ェブ張力および半径方向圧力を全体に亘って備えた親ロールを信頼性をもって製 造できないことが判明している。 従って、柔軟で、嵩高なティッシュシートの巻取り方法であって、シート嵩、 厚さ、機械方向伸びおよび／または坪量を最小にできると同時に、製造および加 工作業に好ましい親ロール特性を維持できる巻取り方法が要望されている。 発明の概要 これらの要望および他の要望は、ティッシュペーパのウェブをリールスプール に係合させる無端可撓性部材を備えた本発明の装置および方法により満たされる 。かくして、無端可撓性部材は、リールスプールとの「ソフトニップ」を形成す る。ニップ点には、可撓性部材に隣接して撓みセンサが取り付けられており、可 撓性部材の撓み量を測定する。撓み量はニップ点での圧力に関連し、このため、 紙ロールの直径が増大するにつれてリールスプールおよび可撓性部材を互いに離 れる方向に移動させることにより、圧力を所望レベルに制御できる。従って、テ ィッシュの巻取りパラメータが大幅に改善され、巻き解かれる紙ロールの特性差 が最小化される。 より詳しくは、可撓性トランスファベルト（該ベルトは、空気透過性が小さい か、空気を透過しないものが好ましい）により支持しながら、ドライヤからモー タ駆動リールスプールへとシートを搬送することにより、柔軟で、嵩高のティッ シュシートを、シート劣化を最小にして紙ロールに巻き取ることができる。トラ ンスファベルトは、２つの支持ロール間の支持されないスパンすなわち自由スパ ンを横行（traverses）し、かつトランスファベルトがもはや支持ロールとは接 触しない点（ほぼ、支持ロール間の中間で、支持されないスパンに沿う点）で、 シートをリールすなわち親ロールに転移させる。転移点では、トランスファベル トが僅かに撓むように、リールスプールまたは親ロールが、シート/トランスフ ァベルトに対して極く僅かに押し付けられる。 撓み度合いは、形成される親ロールの全体に亘ってシートの均一性を向上させ るべく有効に制御される重要な変数であることが判明している。撓みの制御は、 レーザ装置または他の距離測定装置をトランスファベルトの下面に向けて、シー トの転移点でトランスファベルトが撓まされる度合いを検出しかつ測定すること により達成される。トランスファベルトが所定限度を超えて撓まされる場合には 、 トランスファベルトに対するリールスプールの位置は、リールスプールとトラン スファベルトとの間の距離を増大または減少させるべく調節される。 親ロールが形成される全時間中、この距離を小さい値に制御することにより、 親ロールとトランスファベルトの表面との間のニップ力は、圧力ロールのハード ニップから得られるニップ力より非常に小さいレベルに最小化される。これによ り、ニップ伸びおよび二次巻取りの効果が消失されると同時に、センター駆動シ ステムにより規定されるウェブ張力を、ロールの内層張力の制御のより大きなフ ァクタにすることができる。ロールの形成中の小さいニップ力および変化する支 持摩擦力の測定に関連する不確実性が完全に解消される。 本発明に従って巻取り機に巻き取られる親ロールは、芯領域でのピーク圧力が 慣用リールから得られる値より低い値（この値でも、通常の取扱いに要求される 機械的安定性を充分に維持できる）に到達するような内部圧力分布を有する。本 発明の方法から得られる親ロールは、或るレベルまで減少する芯の近くの内部圧 力を有し、この内部圧力は、ロールの外面での低い圧力まで必然的に低下する部 分を除き、本質的に平坦な圧力分布をもつ大きな領域を示すものである。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による柔軟な嵩高ティッシュシートの製造方法を示す概略的 な製造工程図である。 第２図は、第１図に示す方法の巻取りセクションを示す概略図である。 第３図は、トランスファベルトの変位を制御するレーザ変位センサの作動を示 す巻取りセクションの拡大概略図である。 図面の詳細な説明 第１図は、スルードライ（throughdried）された非クレープティッシュシート を製造するスルードライ方法を示す概略工程図を示す。しかしながら、本発明は ティッシュウェブのクレープ加工にも使用できることを理解すべきである。イン ナーフォーミング・ファブリック３がフォーミングロール４を横行するときに、 インナーフォーミング・ファブリック３上に製紙繊維の水性懸濁液を堆積させる ヘッドボックス１が示されている。アウターフォーミング・ファブリック５は、 ウェブ６がフォーミングロール４上を通って幾分かの水分をはじくときに、ウェ ブ６を囲む機能を有する。ウェブ６は、次に、真空トランスファシュー９の補助 により、インナーフォーミング・ファブリック３からウェットエンド・トランス ファファブリック８に転移される。この転移は、最終ティッシュシートに伸びを 付与するため、フォーミングファブリック（ラッシュトランスファ）より低速で 移動するトランスファファブリックで行うのが好ましい。ウェットウェブは、次 に、真空トランスファロール１２の補助により、スルードライファブリック１１ に転移される。 スルードライファブリック１１は、ウェブを通して熱風を吹き付けて、嵩を維 持しつつウェブを乾燥させるスルードライヤ１３上にウェブを支持する。乾燥速 度および乾燥能力によっては、２つ以上のスルードライヤ（図示せず）を直列に 配置できる。乾燥されたティッシュシート１５は、次に、真空トランスファロー ル１７の補助により、第１ドライエンド・トランスファファブリック１６に転移 される。 ティッシュシートは、転移の直後に、第１ドライエンド・トランスファファブ リック１６とトランスファベルト１８との間にサンドイッチされ、シート経路を 確実に制御する。トランスファベルト１８の空気透過性は第１ドライエンド・ト ランスファファブリック１６の空気透過性より小さく、シートが自然にトランス ファベルトにくっ付くようになっている。分離位置で、シートは真空作用により トランスファベルトに従う。トランスファベルト１８の空気透過性は、ファブリ ックの約１００ft³/分/ft²以下、より詳しくは約５〜５０ft³/分/ft²、更に詳し くは約０〜１Oft³/分/ft²にすることができる。空気透過性（空気透過性とは、 ファブリックを横切って0.5インチ水柱の空気圧力差を維持しつつファブリック を通る空気流である）は、ＡＳＴＭ試験方法Ｄ737に記載されている。また、シ ートの転移性を高めるため、トランスファベルト１８は、スルードライファブリ ック１１より滑らかであるのが好ましい。トランスファベルトとして使用できる 適当な低空気透過性ファブリックとして、COFPA Mononap NP 50ドライヤフェル ト（約５０ft³/分/ft²の空気透過性を有する）およびAsten 960C（空気を透過し な い）があるが、これらに限定されるものではない。 トランスファベルト１８は、乾燥ティッシュシートを再びピックアップすべく 戻る前に２つの支持ロール２１、２２を通る。シートは、両支持ロール２１、２ ２の間の位置で親ロール２５に転移される。親ロール２５はリールスプール２６ 上に巻き取られ、該リールスプールはこの軸に作用するセンタ駆動モータ２７に より駆動される。 親ロール２５から巻き解かれるウェブの特性の制御は、トランスファベルト１ ８と形成中の親ロール２５の外面との速度レベルをプログラムすることにより、 巻取り時に、所定の大きさのウェブ張力を進入ウェブに伝達することにより補助 される。殆どの場合、安定した親ロールを形成するのに必要なウェブ張力を伝達 するため、正の引張り力（親ロールの表面速度がトランスファベルトの速度を超 える割合）が親ロールに必要とされる。一方、正の引張り力が過大であると、ウ ェブの機械方向の伸びが許容できない程に減少する。従って、正の引張り力の大 きさは、親ロールに進入するウェブの特性および親ロールから巻き解かれるウェ ブに望まれる特性に基づいて定まる。一般に、親ロールの表面速度は、トランス ファベルトの速度より約１０％を超えない大きさだけ、より詳しくは0.5〜８％ だけ、更に詳しくは約１から６％だけ速い。もちろん、親ロールに近づくウェブ に、ティッシュ製造工程の早い時期に、他の手段により充分な張力が既に付与さ れている場合には、負またはゼロの引張り力が望ましい。 第２図には、シートの転移および巻取りが、より詳細に示されている。両支持 ロール２１、２２の間の自由スパンにおいて、シート１５は親ロール２５に接触 しかつ該親ロールに転移する。参照番号２６、２６’、２６”は、連続作動中の リールスプールの３つの位置を示す。図示のように、新しいリールスプール２６ ”は、親ロール２５が形成されているときに、位置２６’へと前進する準備が整 えられる。親ロールがその所定の最終直径に到達すると、アーム２７により新し いリールスプールが位置２６’に下降され、両支持ロール間の自由スパンに沿う 或る位置（比較的第１支持ロール２１に近い位置）で、入ってくるシートに当接 し、これにより、支持ロールとリールスプールとの間のハードニップが防止され る。 リールスプール２６は１対のキャリジ３７により適当に支持され、第３図には １つのキャリジのみが示されている。親ロール２５が形成されるにつれて、リー ルスプール２６は他方の支持ロール２２に向かって移動し、同時にトランスファ ベルト１８から離れる方向に移動する。リールスプール２６は、巻取り工程中の シート特性の変動を最小にするのに必要とされる適性な適正トランスファベルト の撓みを維持すべく、双頭矢印で示すように両方向に移動できる。この結果、親 ロールのニップは、ロールが所定サイズに形成されるときに、実質的に自由スパ ンを横行する。適当な時点で、１つ以上の空気ジェット３０が、シートを新しい リールスプール２６’に向けて吹き付け、シートがリールスプール内からの真空 吸引力により新しいリールスプールに取り付けられるようにする。シートが新し いリールスプールに転移されると、シートが破断されかつ親ロール２５が放り出 されて、新しいリールスプールでの巻取り工程が続けられる。 リールスプール２６とトランスファベルト１８との相対位置の制御は、第３図 に示すように、好ましくは２つの支持ロール２１、２２の中間点Ｍでトランスフ ァベルトの内側に合焦された非接触検出装置３５を用いて適当に達成される。１ つの目的は、トランスファベルト１８により支持されたシートに対して親ロール ２５により加えられる圧力が最小になるように制御すること、並びに接触により 創成されるニップ長さを最小にすることである。後述のレーザ変位センサのよう な検出装置３５は、0.005インチ程の小さいトランスファベルトの撓み変化を検 出する。所定のベースライン値（これから、絶対撓み量Ｄを確認できる）は、自 由スパンにおけるトランスファベルト１８の撓まない移動経路であり、これは参 照番号３６で示されている。 特に適したレーザ検出装置３５として、Nippon Automation Company，Ltd.に より製造されかつAdsens Tech Inc.により販売されているレーザ変位センサMode l LAS-8010がある。Nippon AutomationのLAS-8010センサは、１４０〜６０ｍｍ の焦点距離を有しかつプログラム可能な論理コントローラに接続される。センサ のフロント板は、トランスファベルトの内面から１２０ｍｍの位置に取り付ける ことができる。レーザセンサ３５は、レーザのレンズに塵が付着して検出装置の 作動を妨げることを防止するため、レーザの周囲に空気流を維持する空気清浄管 ３８内に取り付けるのが好ましい。このようなセンサは、センサ とトランスファベルトとの間の最小距離から最大距離に関して４〜２０ｍＡの出 力が得られるように設計されている。トランスファベルトの撓まない移動経路３ ６に基づいてプログラム可能な論理コントローラのゼロ点を設定するため、巻取 り装置は、最初に、ロール２５をトランスファベルト１８に負荷させることなく 作動される。 好ましいレーザセンサを上述したが、他の幾つかの適当な非接触検出装置およ び検出形検出装置が当業界で良く知られている。それらの幾つかが、Handbook o f Dimensional Measurements（１９９４年、第３版、Industrial Press，Inc． ニューヨーク）において、F.T.FaragoおよびM.A．Curtisにより説明されている 。このような方法として、レーザ三角法のような技術を用いたレーザベース型距 離または深さ検出装置;Kevin Hardingの著書「Moire Inteferometry for Industr ial Inspection」(1９９３年１１月、Lasers and Apphcations、第７３〜７８頁) および「Field Shift Moire System」という名称に係るAlbert J Boehnleinの１ ９９１年１２月３日付米国特許第5,069,548号;L.C．Lynnworthの著書「Utrasoni c Measurements for Process Control」(１９８９年、Academic Press、ボスト ン)に記載された方法を含む超音波検出技術、および特に、固体表面から反射さ れた超音波信号の遅延時間を測定する方法;距離の測定を行うキャパシタンス法; 渦電流トランスデューサ法、T.Lippertの著書「Radial parallax binocular 3D imaging」(１９８９年、Display System Optics II、Proc.SPIE Vol.1117、第５ ２〜５５頁)、N.Alvertosの著書「Integration of Stereo Camera Geometries」 (Optics社)、「Illumination and Image Sensing for Machine Vision IV」(１ ９８９年、Proc.SPIE、Vol.1194、第２７６〜２８６頁)；位置または撓みを直接 測定するローラ、ホイール、金属ストリップおよび他の装置等がある。 ひとたびトランスファベルトの撓みＤが測定されると、プログラム可能な論理 コントローラに接続された比例限定制御ループ（proportional only control lo oop）は、撓みＤが一定レベルになるように維持するのが好ましい。より詳しく は、この制御装置の出力は、リールスプールおよび形成される親ロールを保持す るキャリジ３７の油圧サーボ制御システムの設定点である。この目的を達成す るためにセンサに応答してリールスプール２６を位置決めする他の機械的および 電気的アクチュエータは、高速巻取り機の技術分野の当業者により設計および製 造できるであろう。トランスファベルトの撓みＤが設定点を超えると、キャリジ 位置の設定点が増大して、キャリジ３７をファブリックから離れる方向に移動さ せ、撓みＤを設定点に戻す。 トランスファベルトの撓み制御装置は、２つのレーザ距離センサ３５を使用し て、各センサ３５が機械を横切る方向に間隔を隔てられるように、トランスファ ベルト１８のそれぞれの縁部に隣接して配置することができる。これにより、ロ ール２５の好ましくないテーパ化現象が最小にされ、或いは、巻き取られる特定 ロールの巻取りパラメータを改善するため、意図的に確実なテーパを導入するこ ともできる。 特定の油圧サーボ位置決めシステムは、位置を決める油圧シリンダのロッドに 取り付けられた、Temposonicトランスデューサを備えたAllen-Bradley QBモジュ ールにより制御されるMoogサーボ弁からなる。撓み制御ループからの出力は、リ ールの両側の２つの個々のサーボ位置決めシステムへの入力である。この場合、 所望ならば、各システムは、リールの両側を平行に維持する制御を行うことがで きる。平行度が或る閾値レベルを超えた場合に作動を停止する保護システムが好 ましいが、必ずしも両側を平行に維持する能動システムを設ける必要はない。 トランスファベルト１８が撓む度合いは、約２０ｍｍ以下、より詳しくは約１ ０ｍｍ以下、更に詳しくは約５ｍｍ以下、更に詳しくは約１〜１０ｍｍである。 より詳しくは、制御システムは、ニップでのトランスファベルトの実撓みを、約 ４±２ｍｍのレベルに維持することが好ましい。トランスファベルトの撓みをこ の範囲内に維持すると、親ロール５およびトランスファベルト１８を、相対速度 差はあるが大きな動力伝達は生じないように作動できることが判明している。こ れにより、親ロール５の全体を通して実質的に一定のシート特性を維持するよう に巻取り工程を制御すること（これまでこのようなシートについて慣用的な巻取 り装置を使用してこれを行うことは不可能であった）が可能になる。 撓みは、トランスファベルト１８の撓まない移動経路３６に対して垂直に測定 される。所与の任意のティッシュシートについての許容撓み量は、トランスファ ベルト１８の設計および作動中にトランスファベルトに伝達される張力により一 部が決定される。張力が低下すると、シートの圧縮が減少しかつ親ロール２５へ の動力伝達量が更に低下するので、許容撓み量は増大する。これにより、巻き取 られるシートの特性変化は低減される。また、トランスファベルトの撓みDの量 を実質的に一定に維持することが必ずしも望ましいわけではなく、ロール２５の 直径の増大につれて撓み量を変えるように制御することも本発明の範囲内にある 。 トランスファベルト１８の検出撓みＤは、リールスプールのキャリジ３７の検 出位置と組み合わせて、形成される親ロール２５の直径を計算するのに使用する こともできる。ロール直径の計算された値は、親ロール２５の直径が増大すると きに親ロールの外面とトランスファベルト１８との間に同じ引張り力関係または 速度関係を維持するため、駆動モータ２７により回転されるリールスプール２６ の回転速度を含む巻取り工程の他の作動パラメータを変えることにも使用できる 。 レーザセンサ３５は、親ロール２５の位置の如何にかかわらず、常に自由スパ ンの中間点でのトランスファベルト１８の撓みを測定するように配置でき、かつ 実撓みは、下記のようにして計算できる。或いは、レーザセンサ３５は、該セン サ３５が常に撓みを直接に測定するように、親ロール２５のニップ点で自由スパ ンを横行するように構成できる。更に別の構成は、トランスファベルト１８上へ の所望の照準を維持すべくレーザ光源が回転されるように、レーザセンサ３５を 回転できるように取り付けることである。 レーザ位置が自由スパンの中間点に固定されかつ撓みがこの位置で測定される 状況では、親ロールのニップ点での実撓みは、形成される親ロール２５の位置( この位置は、ロールが形成されるときに開スパンの一端からキャリジ３７の他端 へと横行する)に従って計算される。レーザ３５は、両支持ロール２１、２２の 間でトランスファベルト１８の自由スパンの中間に取り付けられかつこの位置で のトランスファベルトの撓みを測定するに過ぎないので、ニップでの実撓みは、 自由スパンの中間での測定された撓みと、次の比との積により厳密に近似される 。この比とは、測定点Ｍから親ロールのニップ点Ｃに最も近い支持ロール（第３ 図の支持ロール２２）のニップ点までの距離を、親ロールのニップ点から同じ支 持 ロールのニップ点までの距離で除した比である。この計算の目的から、支持ロー ルのニップ点は、自由スパンでのトランスファベルトの撓まない移動経路が支持 ロールと接触する接線点である。親ロールのニップ点Ｃは、親ロール２５の周囲 のトランスファベルト１８の巻き（wrap）の中間点である。 これは第３図に示されており、ここで、実撓みＤは、点Ｍ（自由スパンの中間 点）での測定撓みと、距離ＭＡ／距離ＣＡの比との積である。親ロール２５が正 確に自由スパンの中間に位置するならばこの比は１であり、レーザは実撓みＤを 測定することになる。しかしながら、親ロール２５が自由スパンの中間点のいず れかの側に位置するときは、中間点でレーザにより測定されたトランスファベル トの撓みは、必ず、転移点での実撓みより小さくなる。 両支持ロール１、２２の間の支持されないスパンの長さは、新しいリールスプ ール２６’を、第１ロールすなわち上流側ロール２１と完全に形成された親ロー ルとの間に置くことができる充分な長さにする必要がある。他方で、自由スパン は、張力の大きさを最小にしかつ撓み度合いを制御できるようにして、ファブリ ックの弛みを防止するため、充分に短くする必要がある。適当な自由スパン長さ は、約１〜５ｍ、より詳しくは約２〜３ｍにすることができる。 本発明による装置および方法の長所は、高度に好ましい特性をもつティッシュ シートの親ロールの製造ができることである。より詳しくは、約７０インチ以上 の直径をもつ嵩高ティッシュシートの親ロールを製造できることである。この場 合、ロールからとったティッシュの嵩は約９ｃｍ³／ｇ以上、製品坪量（finishe d basis weight)の変動係数は２％以下、および機械方向の伸びの変動係数は約 ６％以下である。また、親ロールからとったティッシュシートのシート嵩の変動 係数は、約3.0以下にすることができる。 より詳しくは、親ロールの直径は約１００〜１５０インチ以上にすることがで きる。製品坪量の変動係数は約１％以下にすることができる。機械方向の伸びの 変動係数は約４％以下、より詳しくは３％以下にすることができる。シート嵩の 変動係数は、約2.0以下にすることができる。 本願明細書で使用するとき、嵩高ティッシュとは、カレンダ加工前に９ｃｍ³/ ｇ以上の嵩を有するティッシュをいうものとする。このようなティッシュは、「 Soft Tissue」という名称に係るFarrington Jr.等の１９９７年３月４日付米国特許第 5,607,551号（該米国特許は本願に援用する）に開示されている。より詳しくは 、本発明の目的とする嵩高ティッシュは、約１０〜３５ｃｍ³/g、より詳しくは 約１５〜２５ｃｍ³/gの嵩値で特徴付けることができる。この米国特許には、嵩 の測定方法が開示されている。 また、本発明の嵩高ティッシュの柔軟性は、MD Max Slopeおよび／またはMD S tiffness Factorにより決定される比較的低いこわさ（Stiffness）により特徴付 けられ、この測定方法も上記米国特許に開示されている。より詳しくは、試料の ３インチ当たりのキログラム数で表されるMD Max Slopeは、約１０以下、より詳 しくは約５以下、更に詳しくは約３〜６にすることができる。（３インチ当たり のキログラム数）-ミクロン^O.5として表されるMD Stiffness Factorは、約１５ ０以下、より詳しくは約１００以下、更に詳しくは約５０〜１００にすることが できる。 更に、本発明の嵩高ティッシュは、約１０％以上、より詳しくは約１０〜３０ ％、更に詳しくは約１５〜２５％の機械方向伸びをもつものとすることができる 。また、本発明の嵩高ティッシュは、好ましくは、いかなる大きな圧縮差もなく 最終乾燥度までスルードライされるため、実質的に均一な密度をもつ嵩高ものと することができる。 本発明の方法の長所は、親ロールから巻き解かれるシート特性に優れた均一性 を与えることである。シートに作用する巻取り圧力の制御により、高いシート均 一性を付与すると同時に非常に大きな親ロールを巻き取ることができる。本発明 の他の長所は、柔軟で、嵩高のティッシュシートを、高速で親ロールに巻き取る ことができる。適当な機械速度は、約3,000〜6,000ft/分以上、より詳しくは4,0 00〜6,000ft/分以上、更に詳しくは4,500〜6,000ft/分にすることができる。 本発明の多くの変更形態よび他の実施形態は、上記説明および添付図面に示し た教示の利益をもつ当業者により想起されることは明らかであろう。例えば、本 発明による装置および方法は、ティッシュのみへの使用に限定されるものではな く、板紙のような他の形態の紙を含むあらゆる種類のウェブ材料の巻取りにも高 い利益をもたらすであろう。従って、本発明は、本願で説明した特定実施形態に 限定されるものではなく、かつ本発明の変更形態および他の実施形態は請求の範 囲内に包含されるものと理解すべきである。また、本願明細書には特定用語が使 用されているが、これらの用語は広義の意味をもつ説明のためのものであって、 限定するためのものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ル ヴァリー ランダル ジェームズ アメリカ合衆国 ワシントン州 98270 メアリーズヴィル ノースイースト セヴ ンティファースト ドライヴ 4621 (72)発明者 グロップ ロナルド フレデリック カナダ オンタリオ セント キャサリン ズ レイクショアー ロード 131 (72)発明者 リン フィリップ シム アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 オシ ュコシュ ヴィレッジ レーン 2543 (72)発明者 クローバート ブライアン ダグラス アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 エ イキン ベルリーヴ ドライヴ 1106

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転可能に取り付けられたリールスプール（２６）と、 該リールスプール（２６）を回転させかつ紙ウェブ（１５）をリールスプー ルに巻き取って、直径が増大するロールを作る駆動モータ（２７）と、 所定の移動経路に沿って回転できるように取り付けられた無端可撓性部材 （１８）とを有し、該可撓性部材（１８）は、巻取り中にウェブ（１５）をリ ールスプール（２６）に対して係合させるため、リールスプール（２６）上に 巻き取られる紙ウェブの量に対して或る量だけ所定の移動経路から撓まされる ようにしてリールスプール（２６）に隣接して配置されており、 また、可撓性部材（１８）に隣接して取り付けられた撓みセンサ（３５）を 有し、該撓みセンサ（３５）は、前記所定の移動経路からの可撓性部材（１８ ）の撓み量を測定するように配置されており、 更に、 可撓性部材（１８）の撓み量を変えるため、リールスプール（２６）と可撓 性部材（１８）とを相対的に位置決めするアクチュエータと、 ロールの直径が増大するにつれて可撓性部材（１８）の撓み量を制御すべく 、撓みセンサ（３５）およびアクチュエータに接続されたコントローラとを有 することを特徴とする、紙材料のウェブ（１５）をロールとして巻き取る装置 。 ２．前記撓みセンサ（３５）は更に、可撓性部材（１８）にレーザ光を当てるた めのレーザ光源（３５）と、可撓性部材（１８）から反射されたレーザ光を受 けるための、前記光源から間隔を隔てて配置された受光器とを有することを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．前記レーザ光源（３５）は、可撓性部材（１８）上への所望の照準を維持す るため回転できるように取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第２ 項に記載の装置。 ４．前記レーザ光源（３５）は、塵がレーザ光源（３５）を妨げることを防止す るため、空気清浄管（３８）内に取り付けられていることを特徴とする請求の 範囲第２項に記載の装置。 ５．前記可撓性部材は無端可撓性ベルト（１８）からなり、該ベルト（１８）は 、複数の支持ロール（２１、２２）の回りで回転できるように支持されかつ隣 り合う１対の支持ロール（２１、２２）間の自由スパンを含む所定の移動経路 を形成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ６．前記レーザ光源および受光器は前記ベルト（１８）の一方の縁部に隣接して 配置されており、前記ベルト（１８）の反対側の縁部に隣接して配置された第 ２レーザ光源および第２受光器を更に有することを特徴とする請求の範囲第５ 項に記載の装置。 ７．前記ベルト（１８）は、0.5インチ水柱の空気圧力差で約１００ft³/分/ft² を超えない空気透過性を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装 置。 ８．前記ベルト（１８）は空気を透過しないことを特徴とする請求の範囲第５項 に記載の装置。 ９．前記ベルト（１８）はリールスプールとは独立して駆動されることを特徴と する請求の範囲第５項に記載の装置。 10．前記リールスプール（２６）は、ロールの表面線速度が、ベルト（１８）の 線速度より約１０％以上は速くならないような速度で回転されることを特徴と する請求の範囲第９項に記載の装置。 11．前記ベルト（１８）の撓みは約２０ｍｍ以下に維持されることを特徴とす る請求の範囲第５項に記載の装置。 12．前記隣り合う支持ロール（２１、２２）間のベルト（１８）の自由スパン は、約１〜５ｍの間にあることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。 13．無端可撓性部材（１８）が所定の移動経路から撓まされるようにして、無 端可撓性部材（１８）をリールスプール（２６）に対して係合させる段階と、 リールスプール（２６）を回転させる段階と、 無端可撓性部材（１８）をリールスプール（２６）と一緒に回転させてニッ プを作る段階と、 紙材料のウェブ（１５）をニップ内に前進させかつウェブをリールスプール （２６）の回りに指向させて、直径が増大するロールを形成する段階と、 ロールの直径が増大するときに、ロールによって可撓性部材（１８）が撓ま される量を検出する段階と、 該検出段階に応答して、リールスプール（２６）および可撓性部材（１８） のうちの少なくとも一方を他方から移動させて、可撓性部材（１８）の撓み量 を変化させる段階とを有することを特徴とする、紙材料のウェブ（１５）を巻 き取ってロールを形成する方法。 14．前記検出段階は、更に、 レーザ光を、ロールとは反対側の可撓性部材（１８）の表面上に当てる段階 と、 可撓性部材（１８）の表面からのレーザ光の反射を受ける段階と、 ベースライン値に対する可撓性部材（１８）の撓みを計算する段階とを有す ることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の巻取り方法。 15．前記回転段階は、更に、ロールの外周がニップでの可撓性部材（１８）の 線速度より約１０％以上は速くならないようにする回転速度でリールスプール （２６）を回転させることからなることを特徴とする請求の範囲第１３項に記 載の巻取り方法。 16．前記可撓性部材（１３）の所定経路に対するリールスプール（２６）の位置 を検出する段階と、 リールスプール（２６）の検出位置および可撓性部材（１８）の撓みから、 ロールの直径を計算する段階と、 ロールの直径が増大するときに、ロールの外周の線速度が可撓性部材（１８ ）の線速度と所定の関係を維持するようにリールスプール（２６）の回転速度 を変える段階とを有することを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の巻取り 方法。