JP2002201584A - 紙加工ロール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 紙加工ロール及びその製造方法において、ロ
ールの品質を改善させ、生産条件のもとでロールがカレ
ンダー内においてプロセスに最適な形状または真円度を
得るような紙加工ロール及び製造方法を提供する。 【解決手段】 熱間加工された表面（６）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念による紙加工ロール、並びに請求項８、１２、１４あ
るいは２０の上位概念による、紙加工に使用可能なロー
ルの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紙加工において、例えば紙表面のつや出
しあるいは他の加工の際に、巻取紙はカレンダー装置の
ローリング隙間を通して誘導される。これはオンライン
で設置されたカレンダー或いは皺伸ばし装置において
も、またオフラインで設置されたカレンダー或いは皺の
伸ばし装置においても、その構成によらず同様である。
恒常的に上昇している生産速度、そして今日市場にある
マルチニップカレンダーは、ホットロールの質に新たな
要求を求めている。さらに、今日までは例外なくオフラ
イン設置されたスーパーカレンダーで非常に低い生産速
度で作り出されていた要求の多い品質の紙は、オンライ
ンでつや出しされることが多くなってきている。その事
から、カレンダー装置は、生産速度や信頼性などに関す
る紙加工機の要求を満たさざるをえないことになる。

【０００３】最も新しい世代のマルチニップカレンダー
は、カレンダー装置を直接紙加工機に一体化することを
可能にする（オンライン作動）。この事から、カレンダ
ーもしくはロールは、部分的には毎分２０００メートル
を遥かに越える生産速度を有する紙加工機の要求を満た
さなければならないことになる。これに対応してカレン
ダーロールは、径によっては、毎分１０００回転を僅か
に下回るような回転数で回転する。

【０００４】通常のカレンダーロールのサイズは非常に
大きく、即ち１０メートル以上の長さを持ち、また数十
トンの重量を考えると、この種のロールの作動は、ロー
ルを担持している支持部、対向ロール上にある弾性ロー
ルカバー及びスタンドに著しい負荷をもたらす。外乱の
作用はそれがどのような原因であれ、常に振動を生じさ
せ、その結果弾性的なカバーを損傷させ、ロールの一様
な回転がもはや保証され得ないものとなる。広範囲にわ
たって公知の、今日まで充分な解決がなされていない、
バーリング問題の発生は、場合によっては、システム固
有振動が励起するのでホットロールの回転特性にその原
因があることがある。ロールの不安定な回転、並びにバ
ーリング問題の存在が、事前に必要とされるロールの解
体、そして弾性的なロールカバーの激しい摩滅を引き起
こすことは珍しくない。これは、こうした設備の経営者
に対する高い経済的損失につながっている。

【０００５】オフライン設置されたカレンダーおいて
は、生産速度を減少させることで間に合わせている。こ
れは、問題を解決するものではないが、諸影響（ロール
カバー及び生産物の損傷）を緩和させる。オンライン設
置のカレンダーでは、このような可能性は無い。カレン
ダーの新規な設計、ますます増大する生産速度と加熱電
力においては、作動条件下でのロール形状や真円度に関
するカレンダーロールの寸法精度が特に重要である。カ
レンダーロールは、紙の視覚的及び触覚的な外観に影響
を与え、そしてカレンダーロールがマイクロメーターの
範囲で変形しても、紙の品質と弾性的なロールカバーの
性質の点で明らかに可視的欠陥を生じさせるので、ロー
ル形状は特に問題とみなされる。ロール形状が充分に精
密でないと、価値の高い紙に求められる品質要求は、時
としてもはや満たされ得ない。隣接するロール間にカレ
ンダーロールが嵌め込まれているマルチニップカレンダ
ーロールの場合には、ロール形状には全く特別の意味が
付与されなくてはならない。

【０００６】ただ一つのロール接点を有するオンライン
ソフトカレンダーに対しては、作動負荷のもとで生じる
回転軸線に関するロールの同心性を、優先的に観察する
必要がある。回転軸線に対する距離に関する胴形状のず
れは、ロール隙間への影響を阻止するために回避されな
ければならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、こう
した問題に基づくものであり、紙加工ロールの品質を改
善すること、及び諸々の生産条件のもとでロールがカレ
ンダー内においてプロセスに最適な形状または真円性を
得るような製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するため、請求項１の特徴を有する紙加工ロール、請
求項８の特徴を有する製造方法、請求項１２の特徴を有
する製造方法、請求項１４の特徴を有する製造方法、お
よび請求項２０の特徴を有する製造方法を特徴としてい
る。請求項１４の構成は単独で適用しても良いが、特に
有利なのは上記請求項の特徴と組み合わせて適用するこ
とである。有利な実施形態に関しては請求項２から７、
９から１１、並びに１３及び１５から１９を参照された
い。

【０００９】

【発明の効果】本発明の紙加工ロールにより、高速回転
カレンダーロールの使用も可能であり、従って本発明に
よる紙加工ロールを直接紙加工機に固定することにより
はじめて満足な結果が得られる。さらに、これにより、
従来のカレンダーで今まで作られていた紙品質が改善さ
れ、そしてバーリングのリスク、それに伴う損傷及び弾
性的なカバーの摩耗が最小限に押さえられる。後の使用
時に発生する作動温度に相当する温度でロールの表面加
工を行うと、作動の間中ずっと、あるいはこの作動温度
へ加熱している間、熱によるロールの変形が予防され
る。例えば熱膨張が生じると、ロールはその表面が加工
されていたときの状態になり、その結果、加工中に、特
にロールの研削中に作り出された幾何学的形状が正確に
再生される。

【００１０】ロール表面の加工の代わりに、或いはこれ
に加えて加温した状態でそれぞれのロールの平衡処理を
行っても良い。その際、熱間研削と熱平衡処理(Warmaus
wuchten)の組み合わせが特に好ましい。

【００１１】優れた耐久性を備えたロール形状と表面粗
さを確保しうるように、クロムや酸化セラミックでのロ
ール本体の被覆加工、或いは炭化タングステンや炭化ク
ロムをベースとした被覆加工を考慮しても良い。このよ
うな被覆をロールに備えさせる場合には、仕上げ研削の
後の一様な層厚を確保するために、ロールを被覆加工の
前に熱間研削するのが特に好ましい。一様な層厚を維持
するためには、ロールの仕上げ研削は被覆加工の後に、
ロールを予め研削した時の温度で行われなければならな
い。或いは、ロールの熱間研削と冷却の後に生じるよう
な所定の横断面を持つロールを研削してもよい。

【００１２】ロールの製造中、そのロール表面が少なく
とも部分的に冷却されるようにすると、加温作動状態の
下で回転するロールの、例えばこのロールと接触する巻
取紙への放熱がシュミレーションされうる。これにより
ロールの変形、特に、多角形効果の発生が考慮されう
る。特に、冷却された領域の規模が、作動時に巻取紙と
接する領域に相当する場合、これにより発生する変形
が、製造中に極めて厳重に生じることがある。研削及び
（または）熱平衡処理は、厳密に作動状態に対応するこ
の変形状態のもとで行うことができる。従って、後の作
動時に、この時発生する変形により製造状態への正確な
復帰が達成され、よって、製造の加工寸法は正確に作動
時の寸法に匹敵する。このような方法により、巻取紙下
方でのロールのネッキングが阻止されると共に、オック
スボー効果の発生、及びロールの丸い輪郭形状が多角形
に変形してバーリング効果の危険を伴う多角形効果の発
生が阻止されている、特に多角形効果は、さらなる処置
を施さなければ、著しい寸法変化を生じさせ、よって、
作動時におけるロールの実用性を制限させる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び他の利点は
図に示され、以下に説明する本発明の一つの実施の形態
から判明するものである。図１は、熱媒体導通のための
軸方向の穿孔を有するロールの斜視図を示すものであ
る。図２は、２つの重なり合うロールからなるつや出し
装置の簡略図である。

【００１４】本実施形態において、加熱可能なロール１
は、その内部に設けられた穿孔２を有している。穿孔２
は軸方向に延びており、ロール１の作動時及び製造中に
加熱媒体を導通させるために設けられている。この加熱
媒体は、例えば、熱伝達オイル、水または水蒸気のよう
な事前に温められた流体である。穿孔２は、例えば中空
筒状のロール１の側壁内に形成される。

【００１５】ロール１の締付け固定のために、対称に構
成されたフランジジャーナル３が設けられていて、この
フランジジャーナル３はロール本体４をその両サイド方
向で画成しており、例えばロール本体４をスタンド５の
軸支持部に収納できるように外側に向いている。

【００１６】ロール１は、典型的には、巻取り紙をカレ
ンダー加工するために使われるカレンダーロールであ
り、例えば、チルド鋳物、遠心鋳物、あるいは、ある程
度までは高炭素鋼（例えば錬鋼）から成ってもよい。こ
のような材料は不均質であり（異方性、直交異方性）、
成形の精度に関して特に問題をはらんでいる。ロール１
のサイズは巻取り紙の幅により前以って設定されてい
る。このためロール１は２、３メートルの長さがある。
たとえば３メートル以上のロールの長さが典型的であ
る。重量は９０トンまで可能である。

【００１７】紙生産過程で、例えば巻取り紙のつや出し
の間、ロール１は加温状態で保持される。この温度は例
えば５０℃から２５０℃の範囲である。本発明の紙加工
ロールにおいては、穿孔２は二重の機能を果たす。その
一つは紙製造時におけるロール１使用中の流体導通のた
めであり、そしてもう一つはロール１の製造中の同様に
熱の導入に使用される流体の導通のためである。

【００１８】ロール本体４の加工、もしくは製造のた
め、ロール本体４には、加熱媒体のための回転実施部が
備えられている。これによって、穿孔２を通じて加熱媒
体が導入されうる。加熱媒体の導入は、ゆっくりしたロ
ール回転の下、ロール１のある一定の温度が設定される
まで行われる。その際の温度は、ロールの表面６全体に
わたって一定で、ほとんど一様でなくてはならない。

【００１９】上記温度が達成されるやいなや、この設定
された高い温度で熱間研削が行われる。この熱間研削
は、表面温度によるが、通常は乾式研削である。この熱
間研削のために、セラミックで結合させた炭化ケイ素、
特殊溶融アルミナ研削板、あるいは充分な硬度の他のセ
ラミック結合させた研削手段が用いられる。研削機は、
通常ＣＮＣ制御（コンピューター数値制御）されてい
る。

【００２０】ロール１は製造過程において、後のロール
の使用時の温度と同じ温度にさらされる。ある温度範囲
でロールが使用されるとすると、製造時にロールがさら
される温度は、例えば前記温度範囲の平均温度であろ
う。これにより、ロール使用時の熱による変形は最小限
に押さえられる。製造中の温度監視のために高精度の温
度測定機が使用。ロール１の表面の加工中、ロールは固
定振れ止め内で主軸により保持されている。またロール
１はフランジジャーナル３を介して滑り軸受けで保持さ
れている。作動条件の下での諸状態を考慮するため、こ
ろ軸受け、たとえば円筒ころ軸受け・球面ころ軸受けに
よる保持も可能である。

【００２１】熱間研削の後、紙加工ロールは形状精度や
真円精度の点で検査される。再修正を行ってもよい。そ
の後、冷却がロール１のゆっくりした回転のもとに行わ
れる。その際生じる熱変形は可逆的であり、紙加工作動
のためにロール１を新たに加熱するとこの熱変形はもと
に戻る。したがって、形状特性は熱間研削中に設定され
る形状特性に対応している。

【００２２】以上の実施形態に代わる変形実施形態にお
いては、ロール表面６が被覆加工され、且つ熱間研削さ
れる。このような被覆加工は特に炭化物層、たとえば炭
化タングステン層を含有し得る。

【００２３】ロール表面６の熱間加工に加えて、あるい
はその代わりに、ロール１の熱平衡処理を行っても良
い。これにより、作動中に生じる条件に合わせてロール
１の形状特性を設定できるだけでなく、回転特性も設定
できる。これは、大きなロールサイズ及び重量に関して
重要な意味を有するものである。

【００２４】ロールが熱間研削され且つ熱平衡処理され
るようなロールの製造方法は、特に有利なものである。
この場合、形状特性及び回転特性は後の作動条件に非常
に正確に適合させられている。

【００２５】熱平衡は、熱間研削の間中、質量分布の変
化に反応し、それ故、非常に高い精度を実現させる。熱
平衡処理は紙加工ロールに対してだけでなく、高い作動
温度や速度に曝されている大きなサイズのその他のロー
ルにおいても重要である。

【００２６】しかしながら、紙カレンダーロールに対し
て熱間研削及び（または）熱平衡処理方法を適用するこ
とは特に有利である。というのは、紙カレンダーロール
の表面加工に要求される精度は他の分野よりも非常に大
きく、しかも紙速度が非常に大きいからである。要求さ
れる高度の表面品質は炭化タングステン層によって達成
され、あるいは同様に熱間研削される表面層によっても
達成される。このような高品質によってはじめて、上述
したようなサイズ及び質量を備えたロールの連続使用が
実現可能となるような満足いく結果が引き出される。

【００２７】作動温度の下で熱間研削されなかったロー
ルの形状欠陥は３００μｍのオーダーであるが、本発明
によれば真円度に関しては５μｍ以下に、そして筒形状
に関しては１０μｍ以下に押さえられる。

【００２８】本実施形態においては、上述した熱間研削
方法及び（または）平衡処理方法は、ロール表面６の冷
却処理と組み合わせて実現されている。これによって被
ローリング材、例えば巻取り紙に対して作動中に生じる
熱放散は、作動時に近いものにシュミレーションされ
る。加熱と表面冷却との組み合わせにより、作動条件の
完全な先取りが行われ、こうした温度作用のもとでロー
ル１の加工が実施される。

【００２９】冷却はロール１の回転面、つまり作動中に
接触する表面６の領域に関わる。また、製造時における
冷却媒体の温度は巻取り紙の温度にほぼ相当している。
ロール１の冷却のために、たとえば第２のロールを使用
してよい。この第２のロールは被加工ロール１に対して
平行に支持され、且つ被加工ロール１と接触する。この
第２のロールは、例えば流体による内部冷却によって、
あるいは表面冷却によって冷却可能である。ロール１の
表面６に対する接触は、冷却カバーを介して提供され
る。第２のロールは連動して回転できるので、ロール１
の高速回転中、該ロール１との冷却接触も可能である。

【００３０】或いは冷却バーを使用しても良い。冷却バ
ーは、例えばフェルトあるいは同様な柔らかい、吸収力
のある素材からなる湿り気のある被覆で被覆されてい
て、これでロール１の表面６に対し押圧される。

【００３１】また、たとえば巻取り紙の温度に保持され
ている浸漬浴も表面冷却のために使用してよい。同様
に、ロール１の表面６に、後でローリングされる巻取り
紙の温度とほぼ同じ温度を有する気体（特に空気）、あ
るいは気体と液体の混合物（例えば空気と水の霧）で吹
き付けてもよい。

【００３２】この場合、仕上げ過程が終了した時点で、
中心部が表面６よりも高い温度に加熱されているような
ロール１が提供される。これにより、製造後、むらのあ
る変形が生じる。こうした変形は、作動時に製造中の状
態に再び戻され、こうして作動時のロールの正確な寸法
が保証されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱媒体を導通させるための軸方向の穿孔を有
するロールの斜視図である。

【図２】２つの重なり合うロールからなるカレンダー装
置の簡略図である。

【符号の説明】

１ ロール ２ 穿孔 ３ フランジジャーナル ４ ロール本体 ５ スタンド ６ 表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフガング ヴィールツ ドイツ連邦共和国 デー・47877 ヴィリ ヒ ツム ギーテルホフ ２ (72)発明者 ルードヴィッヒ ヘレンタール ドイツ連邦共和国 デー・57399 キルヒ フンデム シュレッレヴェーク 16 Ｆターム(参考） 3C043 AC13 CC02 EE02 3J103 AA02 AA25 AA45 BA09 EA01 EA03 EA11 FA18 GA02 GA26 HA04 HA35 4L055 CG18 CH03 EA20 FA30

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動中に加温状態に曝すことのできる紙
   加工ロール（１）、特にペーパーカレンダー内部で使用
   可能な紙加工ロール（１）において、熱間加工された表
   面（６）を有することを特徴とする紙加工ロール。
2. 【請求項２】 請求項１の紙加工ロールにおいて、熱間
   研削された表面（６）を有することを特徴とする紙加工
   ロール。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは２の紙加工ロールにお
   いて、表面（６）が、５０℃から２５０℃の範囲で加工
   されていることを特徴とする紙加工ロール。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれか１つに
   記載の紙加工ロールにおいて、紙加工ロール（１）が被
   覆されていて、その表面（６）が被覆素材から成ること
   を特徴とする紙加工ロール。
5. 【請求項５】 請求項４の紙加工ロールにおいて、被覆
   部がクロム炭化物あるいは酸化物からなり、特に炭化タ
   ングステンあるいは酸化クロムから成ることを特徴とす
   る紙加工ロール。
6. 【請求項６】 請求項５の紙加工ロールにおいて、紙加
   工ロール（１）が、被覆部形成の前及び（または）後に
   加温状態で加工されていること、特に研削されているこ
   とを特徴とする紙加工ロール。
7. 【請求項７】 請求項１から６までのいずれか１つに記
   載の紙加工ロールにおいて、熱平衡処理されていること
   を特徴とする紙加工ロール。
8. 【請求項８】 紙製造に使用可能なロールの製造方法、
   特に紙加工機のカレンダー内部で使用可能なロールの製
   造方法において、ロールの表面を熱間加工することを特
   徴とする製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８の製造方法において、熱間研削
   することを特徴とする製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項８あるいは９のいずれか１つに
    記載の製造方法において、ロールを所定の使用温度にほ
    ぼ対応する温度で熱間加工することを特徴とする製造方
    法。
11. 【請求項１１】 請求項８から１０のいずれか１つに記
    載の製造方法において、ロールを表面被覆加工の前に熱
    間研削し、その後被覆加工することを特徴とする製造方
    法。
12. 【請求項１２】 ロールの製造方法、特に紙加工機のカ
    レンダー内部で使用可能なロールの製造方法、特に請求
    項８から１１までのいずれか１つに記載のロールの製造
    方法において、ロールを熱平衡処理することを特徴とす
    る製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２の製造方法において、ロー
    ルの表面を熱間加工し、ロールを熱平衡処理することを
    特徴とする製造方法。
14. 【請求項１４】 ロールの製造方法、特に紙加工機のカ
    レンダー内部で使用可能なロールのような紙加工製造に
    使用可能なロールの製造方法において、作動中の温度状
    況に接近させるため、ロールの表面を、製造中に少なく
    とも部分的に冷却処理に曝すことを特徴とする製造方
    法。
15. 【請求項１５】 請求項１４のロールの製造方法におい
    て、冷却処理に曝される表面領域が、作動中に巻取紙が
    走行するロール領域に相当することを特徴とする製造方
    法。
16. 【請求項１６】 請求項１４あるいは１５のいずれか１
    つに記載の製造方法において、ロールの表面領域が製造
    中に冷却液と接触していることを特徴とする製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１４から１６のいずれか１つに
    記載の製造方法において、ロールの表面領域が製造中に
    冷却カバーを有するロールあるいはベルトと接触してい
    ることを特徴とする製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１４から１７のいずれか１つに
    記載の製造方法において、ロールの表面領域が製造中
    に、該表面領域に対して圧力を作用させる冷却バーに接
    触していることを特徴とする製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１４から１８のいずれか１つに
    記載の製造方法において、ロールの表面領域に気体ある
    いは気体液体混合物を吹き付けることを特徴とする製造
    方法。
20. 【請求項２０】 紙加工製造に使用可能なロールの製造
    方法において、特に紙加工機のペーパーカレンダー内部
    で使用可能なロールの製造方法において、予め検出した
    ロール（１）のヒートプロフィールを、ロール（１）の
    硬化後追加的に冷間研削によりネガティブプロフィール
    としてロール（１）に転写することを特徴とする製造方
    法。