JP2002508810A - 多重ニップカレンダにおける線圧分布の計算・調整方法および装置と多重ニップカレンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、多重ニップカレンダにおける線圧分布の計算・調整方法および装置に関するものである。材料ウェブ（Ｗ）は、一連のロール（12）内のニップ（N₁〜N₉）を通過し、一連のロールは、クラウン調整上部ロール（13）と、クラウン調整下部ロール（14）と、上部ロールおよび下部ロールの間に取り付けられた中間ロール（15〜22）とを含む。一連のロールのすべてのロールが支持され、ニップ（N₁〜N₉）が閉じられている時、それらのロールの曲がり線は、下方に曲がる。線圧の計算・調整では、負荷を受けている各中間ロール（15〜22）に影響を及ぼす曲げ剛性、質量、形状および材料特性などの物理特性を考慮する。中間ロール（15〜22）に加わる線圧と、それらのロールの自重と、それらのロールに加わる支持力との比を調整して、一連のロールを均衡状態および所定のたわみ状態にする。本発明は更に、この方法を行う多重ニップカレンダにも関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 多重ニップカレンダにおける線圧分布の計算・ 調整方法および装置と多重ニップカレンダ 本発明は、多重ニップカレンダにおける線圧分布の計算・調整方法に関するも のである。本方法では、カレンダ掛けされる材料用ウェブは、実質的に垂直配置 された一連のロール内の複数ニップを通過させ、一連のロールは、クラウン調整 上部ロールおよびクラウン調整下部ロールによって、更に支持用シリンダが設け られ上部および下部ロールの間に取り付けられた少なくとも２つの中間ロールに よって形成し、これに関連して、一連のロール内のすべてのロールを支持し、そ れらのニップが閉じている時にそれらのロールの曲がり線を下方に曲げる。 更に、本発明は、紙または板紙のカレンダ掛け用多重ニップカレンダにおける 線圧分布の計算・調整装置に関するものである。このカレンダは、カレンダのフ レーム上に実質的に垂直配置で取り付けられた一連のロールを含み、一連のロー ルは、クラウン調整上部ロールと、クラウン調整下部ロールと、上部ロールおよ び下部ロールの間に取り付けられた１つまたは複数の中間ロールとを含み、この 関連で、それらの中間ロールの懸垂手段は、支持シリンダを設け、一連のロール 内のすべてのロールは支持されて、ニップが閉鎖している時にそれらのロールの 曲がり線は下方に曲がる。 更に、本発明は、本発明による方法を行う多重ニップカレンダに関するもので ある。 従来のスーパーカレンダでは、ニップが閉じると、一連のロールは、ウェブ処 理区域の外側から、ロールの軸受け箱に加わるいわゆるピン圧に実質的に等しい 、または当該ピン圧よりも弱い力によって支持される。ピン圧は、ロールの軸受 け箱に連結される、ギャップシールド、ドクタおよびいわゆる取出し誘導ロール などの補助機器のすべての重量と、更にウェブ幅の外側に配される部分の重量と 、軸受け装置の重量とを含む、と一般的には定義されている。このような従来技 術は、Rolf van Haagによる文献："Der Weg zum Load Control-System";Das Papier，1990，Heft 7に最もよく説明されていて、これには、従来のスーパーカ レンダにおける線圧の調整が説明されている。これらのカレンダでは、ロールは 上下に次々と配置され、それらの中央部分は上方に曲がるか、または非常に稀な 場合には、完全に真直である。中間ロールは、相互に比較すると、同じようには 曲がっていない。この運転方法により、一連のカレンダロールにおけるニップ圧 は、カレンダ掛けされるウェブの区域に発生するロールの質量が、常時最大効果 的に、関係するロールの下に配されたニップ圧全体に対して作用するよう、常に 保たれる。このような運転方法では、一連のロールは、運転中にそれらのロール の剛性が線圧の均一性に実質的な影響を及ぼさないように曲がっていると考えら れ、このような考えに基づいて、カレンダを作動させる試みが行われ、上部ロー ルおよび下部ロールの線圧のみが品質測定結果に基づいて調整される。 フィンランド特許第96,334号およびこれに対応する米国特許第5,438,920号で は、カレンダ掛け方法と、当該方法が適用されるカレンダとが開示され、そのカ レンダはクラウン調整上部ロールと、クラウン調整下部ロールと、上部ロールお よび下部ロールの間に配され互いにニップ接触している複数の中間ロールとを含 み、前記ロールは、カレンダのフレーム上に実質的にロールの縦の積重ねとして 配設され、カレンダ掛けされる材料ウェブは、前記ニップを通過する。前記特許 では、１つの概念が提示されていて、これによれば、ロールの積重ねにおけるロ ールの質量によって生じるニップ圧は、所望の方法で排除し、カレンダにおける すべてのニップに対して、所望の圧力で負荷を加えることができ、その圧力は、 好ましい１つの実施例ではすべてのニップにおいて同じ大きさである。したがっ て、そのカレンダ掛けの潜在能力は、初期のカレンダにおけるものよりも実質的 に良好に利用可能である。同様に曲がっている複数ロールをカレンダに用いるこ とが、前記従来技術のカレンダの基本的概念の１つである。前記公報では、その ような実質的に相等しく曲がったロールのカレンダにおける動作、および前記ロ ールにより可能となるロールの全体質量を軽減する簡潔な可能性を説明していて 、その場合、前記従来技術のカレンダおよびカレンダ掛け方法は、最初に述べた ドイツ国の従来技術とは実質的に異なり、下部ニップにおける線圧に及ぼすロー ルの質量の影響を自由に調整可能である。 上述の従来技術には重要な問題がある。カレンダの中間ロールの線圧によらな い、すなわちニップが開いている時の自然のたわみと、ロールの剛性および質量 とが異なると仮定すれば、第１に、そのようなロールは前記フィンランド特許第 96,334号、または米国特許第5,438,920号に記載のものには適合しない。これら の特許では、すべての中間ロールは実質的に同じたわみを有するからである。事 実上、前記公報に記載の絶対必要条件を実質的に満足させるロールを、別個の作 業無しに製造することは、非常に困難であり、費用が掛かり、その関係上、線圧 調整用の全く浅薄なアルゴリズムが、ロール間の小さな差でさえ考慮せず、カレ ンダの信頼性ある運転の観点からは不適切であることが確認されている。 本発明は、従来技術に関連する問題の解法を、ロールのたわみの特性を考慮し た新規の考え方を開発することによって、提供することを目的とする。フィンラ ンド特許第96,334号および米国特許第5,438,920号に記載のカレンダ概念につい て改良を行い、特に、線圧分布を所望の方法で制御可能な方法を提供することを １つの目的とする。 この目的を達成するために、本発明による方法は、線圧の計算・調整において 、負荷を受けている各中間ロールの曲がりに影響を及ぼす曲がり剛性、質量、形 状および材料特性などの物理特性を考慮に入れ、中間ロールに加わる線圧と、そ れらのロールの自重と、それらのロールに加わる支持力との比を調整し、一連の ロールを均衡状態であって所定のたわみ状態とすることを主たる特徴とする。 一方、本発明による装置は、取り付けられた自動装置および演算装置を含み、 線圧の計算・調整において、負荷を受けている各中間ロールの曲がりに影響を及 ぼす曲がり剛性、質量、形状および材料特性などの物理特性が考慮され、中間ロ ールに加わる線圧と、それらのロールの自重と、それらのロールに加わる支持力 との比が調整され、一連のロールは均衡状態であって所定のたわみ状態とされる ことを主たる特徴とする。 本発明による方法は、すべての種類のロールの特性を考慮に入れるため、本発 明の実施例における方法では、カレンダの一連のロールには、曲がり特性が各ロ ールごとに異なる中間ロールを用いる。 本方法および装置による計算上、一連のロールは１つの単位として取り扱い可 能である。他方、計算は、ロールの各対ごとに個別に行うことも可能である。 一連のロールの中間ロールは自由に動くことができ、ほんのわずかな力がそれ らのロールに加わっても、それらのロールは定位置に留まらない。 本発明による方法および装置を用い、更に当該方法実行用のカレンダを用いれ ば、本発明の装置により、特に、各ニップにおける線圧を所望の水準に調整可能 な点で、大きな利点が得られる。この装置では、中間ロールのたわみ線および当 該線に対応するリリーフシリンダの負荷が考慮され、計算される。中間ロールの 剛性と、質量の差から生じる、それらのロールの自然のたわみの差とは、この装 置では、ロール支持シリンダの支持力を調整することによって、容易に補正可能 である。したがって、本発明による装置を用いれば、すべての中間ロールのたわ み線を同一にする必要がない。本発明の方法および装置は、紙ウェブがすべての ニップを通過する多重ニップカレンダの従来の運転方法と、紙ウェブが一定の所 望のニップのみを通過する改善された運転方法との両方に適用可能である。更に 、本発明の利点および構成要件を、後続の発明の詳細な説明に、より明確に開示 する。 以下、添付図面を参照して、例により本発明を説明する。 第１図は、線圧分布の計算・調整用多重ニップカレンダに適用される本発明に よる装置の全体図である。 第2A図、第2B図および第2C図は、本発明による装置によって達成可能な、線圧 分布の縦方向の調整の種類の実施例を示す図である。 第3A図、第3B図および第3C図は、紙の表面特性に及ぼされるさまざまなカレン ダ掛け用パラメータの影響を示す図である。 第４図は、本発明による自動化装置に含まれるデータベースの関連方式の概略 図である。 第５図は、本発明による方法が適用される４ロール式カレンダの概略図である 。 第６図は、カレンダ内の一連のロールがロール対ごとに処理される多重ロール カレンダにおける他の負荷装置の概略図である。 第7A図、第7B図および第7C図は、第６図に関連して説明した負荷装置が用いら れる多重ロールカレンダにおける一連のロールの他の実施例を示す概略側面図で ある。 第８図は、本発明による装置における計算方法を示す概略ブロック図である。 このように、第１図は本発明による装置の全体図であり、この図において、カ レンダは全体的に参照番号10で、本発明に含まれる自動化システムは参照番号30 で、その自動化システムに含まれる演算装置は参照番号40で示す。第１図に示す カレンダ10は、例えばフィンランド特許第96,334号に記載のものと同じ構造を有 し、したがって、このカレンダはカレンダフレーム11を含み、その上には複数の ロールから成る一連のロール12が実質的に垂直平面上に設置されている。一連の ロール12は、上部ロール13と、下部ロール14と、上部ロールおよび下部ロールの 間に上下に次々と取り付けられた複数の中間ロール15〜22とを含み、それらのロ ールは、第１図に示す状態で互いにニップ接触している。紙ウェブＷは調芯張出 しロールおよび取出し誘導ロールを越えて上部ニップN₁へ送り込まれ、更にこの カレンダ内の他のニップN₂〜N₈を通過し、最後に下部ニップN₉から送り出される 。第１図に示す方法では、紙ウェブＷは、ニップN₁〜N₉間の各ギャップにおいて 、取出し誘導ロールによってカレンダロールの面から分離される。 カレンダの上部ロール13はクラウン調整ロールであって、例えば各区域におい て調節可能なロールであり、その軸受け箱131はカレンダフレーム11に直接取り 付けられている。クラウン調整上部ロール13の軸は、前記軸受け箱131内に取り 付けられ、通常は、このロールは内部負荷手段、例えば区域シリンダを備え、こ れによってロールマントのたわみは所望のように調整可能である。 同様に、カレンダ内の下部ロール14はクラウン調整ロールであって、特に各区 域において調節可能なロールであり、そのマントはロール軸上に回転可能に取り 付けられ、ロール14は内部負荷手段、例えば区域シリンダを備え、これによって ロールマントのたわみは所望のように調整可能である。下部ロール14の軸は、軸 受け箱141内に取り付けられ、その箱は第１図に示す方法で負荷用アーム142上に 取り付けられ、そのアームは、カレンダフレームへ連接継手143によって回転 可能に取り付けられる。カレンダフレーム11および負荷用アーム142の間には、 下部シリンダ144が取り付けられ、これによって下部ロール14を垂直平面で移動 可能である。したがって、この一連のロール12には、下部シリンダ144によって 負荷を加えることができ、更に前記下部シリンダ144によって、必要に応じて、 一連のロール12を開放可能である。クラウン調整上部および下部ロール13，14の 区域シリンダによって、本発明による方法および装置では、紙ウェブＷの横方向 のプロファイルに、必要な修正および調整を行うことができる。 カレンダの上部および下部ロール13，14の間には、互いにニップ接触している 複数の中間ロール15〜22が、上述のように、取り付けられている。次に、最上部 の中間ロール15のみを検討し、関連する構造について、参照番号を援用して、更 に詳細に説明する。同様の説明は、カレンダの他の中間ロールの構造にもあては まる。前記中間ロール15は、その両端部から軸受け箱151内に回転可能に取り付 けられ、その箱は、レバーアーム152上に取り付けられ、そのアームは、カレン ダフレーム11上に、回転可能に、ロール15の軸方向に取り付けられた連接継手15 3によって取り付けられる。レバーアーム152には、支持手段154が設けられ、こ れは液圧シリンダである。したがって、当該シリンダ154は、一方の端部からレ バーアーム152へ、反対側の端部からカレンダフレーム11へ取り付けられている 。 シリンダ154によって支持力がロール15の支持構造に対して加えられ、この力 によって、ロール15と、取出し誘導ロール155などの関連補助機器であって、常 に少なくともウェブの外側に配された部分の重量が加わるロールに連結された補 助機器との重量によって生じる負荷は、所望のように、必要に応じて、補正およ び支持可能である。この支持を実行することにより、負荷を完全に支えることも でき、この場合、ロール15および連結された補助機器の重量は、ニップ圧を増大 させる効果を有しない。このような完全支持をすべての中間ロール15〜22に関し て実行した場合、各ニップN₁〜N₉内の線圧を、実質的に同じ大きさにすることが できる。 第2A図は一連のロール内の負荷の状態の概略図であり、これに関連して、各ニ ップN₁〜N₉は、等しい大きさの線圧を有する。これに関しては、新しい用語、 すなわち負荷角αをも、カレンダ掛け技法に導入する。なぜなら、この新規の負 荷方法は、従来の方法では明確に説明することができないからである。負荷角α は、一連のロールの線圧のニップごとの分布を示し、第2A図の場合、すなわち完 全減圧の場合、負荷角α＝90°である。従来のカレンダに比べると、前記90°の 負荷角によって、カレンダ掛けの潜在能力は、相当に増大する。これは、運転速 度および生産性を増大するために利用可能である。 線圧の大きさは完全に自由に調整でき、所望のカレンダ掛け効果が達成され、 特に「全減圧」の場合、すなわち負荷角α＝90°のときは、カレンダ掛け効果は 、第2A図に一例として示す方法で調整可能である。高い線圧および高いカレンダ 掛け効果ａは、カレンダの運転速度、生産性および紙質を最大限度にするために 用いられる。低い線圧および低いカレンダ掛け効果ａ’は、さまざまな条件下と 、艶消しカレンダ掛け、品質の最適化、起動および停止段階などのさまざまな生 産工程と、ウェブ破損の場合とに必要とされる。本発明の方式によって、非常に 低いカレンダ掛け効果を、第2A図に一例として示すように、カレンダ内の各ニッ プにおいて達成可能である。 第2B図は、負荷角αが例えば54°の、従来の負荷方法によるカレンダと比較し て、本発明による運転方法において、負荷角α＝90°が採用されている。第2B図 に明確に示す通り、本発明による運転方法では、紙質の同等の特性を得るために は、著しく低レベルの線圧が必要である。このように、カレンダにおける重合体 塗工ロールなどの軟性面ロールに加わる圧力を、特に、一連のロールの下部にお いて、例えば最小化可能である。 一連のロール12の中間ロール15〜22の質量と、当該ロールに連結された補助機 器の質量とによって生じる負荷は、必要に応じて、部分的に軽減することも可能 であり、またはピンの負荷のみを軽減することも可能であり、この場合、一連の ロールにおける線圧の分布に関しては、例えば第2C図に示す状態に到達し、その 負荷角αは、例えば75°〜80°の範囲で調節可能である。したがって、前記状態 において、線圧は、下方のニップへ向かって移動している時は、ニップにおいて 常に増大する。 従来の伝統的なスーパーカレンダでは、負荷角は原則として45°〜55°の範囲 であり、負荷角の大きさはカレンダの大きさ、すなわち、主としてロールの数に よって異なっていた。本発明による方法では、負荷角αの大きさを全く自由に調 節可能であり、このような負荷角の可調節性によって、相当の利点および著しい 改善が初期の方式に比較して達成される。負荷角αを紙のそれぞれの面間の差の 微調整において有効な変数として使用可能である。両面性の調節が紙質特性に対 して相当の影響を及ぼし、このようにして、本発明によって巻取装置後に均一な 品質の巻取り紙を生成することができる。これに相当する特性は、以前には、い ずこにも提示されていない。 支持は、むろん、例えばいわゆる「過剰減圧」としても実行可能であり、その 場合、負荷角αは90°よりも大きくなる。そのような場合、下方のニップは、上 方に配されているニップが有するよりも、常に低い線圧を有する状態を達成可能 である。 負荷角αおよびその可調節性の重要性を、他のカレンダ掛け用パラメータまた は変数と比較して確立するため、相当に広範な試験プログラムが試験機によって 実行されていて、その試験結果の一例は第3A図、第3B図および第3C図に示され、 それらはさまざまな等級紙の場合のさまざまなカレンダ掛け用パラメータの影響 を示す。第3A図における紙の等級はSC紙であり、第3B図の等級はLWC紙であり、 第3Cの等級はWFC紙である。紙の表面特性（光沢、粗さ／平滑性）に及ぼすさま ざまな要因の影響は、本結果によって定められ、それらは、カレンダ用パラメー タをある程度まで変えることによって得られる。使用された変数は次のような運 転速度、線圧、温度および負荷角である。 速度： 速度の変化 毎分200メートル 線圧： 負荷の変化 50kN/m 温度： 加熱ロールの表面温度の変化 15℃ 負荷角： 負荷角の変化 50°から90°（50°は従来のスーパーカレンダ掛け装 装置の場合の負荷を表わし、90°は本発明による方法で得られる角度 を表わす） 第3A図、第3B図および第3C図から明らかなように、負荷角の変化が紙の表面特 性の改善に及ぼす影響は、他のどのカレンダ掛け用パラメータよりも大きい。 第１図は、それに第2A図、第2B図および第2C図も、複数ロールから成る一連の ロール12が実質的に垂直に設置された実施例を示す。この方式は、むろん、その ような実施例のみに限定されることはなく、一連のロールは、少なくとも垂直配 置からある程度外れて、斜め垂直配置としてよい。一連のロール12に含まれるロ ールのうちの１つまたはいくつかは、軟性塗工の重合体ロールおよび／または紙 ロール、ファイバロール、もしくは他の軟面付きロールとしてよい。第１図に示 す実施例では、上部および下部ロール13，14には、軟性重合体被覆が設けられ、 第１、第３、第６および第８の中間ロール15，17，20および22は、硬面付きチル ドロールであり、第２、第４、第５および第７の中間ロール16，18，19，21は、 軟性被覆付き重合体ロールである。中間ロールの数、または軟面付き／硬質ロー ルの相対的順序および構造は、しかし、第１図の実施例には全く限定されない。 本発明による方法では、通常の生産状態と同様の状態を試験し、その場合、一 連のロール12は、第１図に示す方法で閉鎖し、ロール13〜22は負荷された状態で 互いに接触させる。第１図に示す方法では、本発明の装置に含まれる自動化シス テム30を支持用シリンダ154へ連結し、減圧シリンダの負荷を測定し、調整する 。試験した方法では、一連のロール12のニップN₁〜N₉内で、紙ウェブＷの走行方 向に、均一の、またはさまざまな所望の線圧の分布を形成し、自動化システム30 において、中間ロール15〜22のたわみ線およびそれらの中間ロールの支持のシリ ンダ154の対応する負荷を計算する。支持シリンダ154およびレバーアーム152は 、中間ロール15〜22の質量と、中間ロールに連結された補助装置の質量とを支え るために用いる。 第2A図、第2B図および第2C図を参照して既に述べたように、縦方向の線圧の分 布は、ロールおよびそれらに連結された補助装置の質量を完全に支えることによ って調整される。したがって、中間ロールの質量の他に、支持用シリンダ154お よびレバーアーム152によって、各中間ロールのレバーアームに連結された、取 出し誘導ロール、場合によってはドクタその他の補助装置の質量も支持され る。中間ロール15〜22の剛性および質量は、ロール間では等しくない。それらの 剛性および質量の差から生じる、ロールのたわみ線の横方向のプロファイルの誤 差の修正、すなわち中間ロールのたわみ線の調整は、中間ロールの支持用シリン ダの負荷を、それぞれの公称値から、圧力差に対応する必要な項によって修正す ることにより、実行される。クラウン調整上部ロールおよび下部ロール13，14の たわみ線の調整は、通常の方法では、それらのロールの区域シリンダによって行 われる。クラウン調整上部および下部ロール13，14のたわみ線を調整して、それ らを中間ロール15〜22のたわみ線と等しくさせる場合、上部ロールまたは下部ロ ールのいずれかに液圧により負荷を加えることによって、一連のロール12に対し て所望の水準の線圧を縦の方向に与えることができる。第１図の場合、この負荷 を下部ロール14によって配備することができる。なぜなら、負荷用シリンダ144 は、連結されて下部ロールに作用するからである。 本発明による方法および装置では、紙の横方向のプロファイル、すなわち厚さ および／または光沢の必要な修正および調整は、クラウン調整上部および下部ロ ール13，14の区域シリンダによって行われる。中間ニップにおいて、すなわち中 間ロール15〜22間のニップN₂〜N₈において、横方向のプロファイルの修正は、中 間ロールの減圧シリンダの負荷動作を調整することによって、実行できる。本発 明による方法およびそれに関連した一連のロール12における線圧分布の計算は、 紙ウェブＷがニップN₁〜N₉のすべてを通り抜ける、多重ニップカレンダの旧式の 運転方法と、紙ウェブＷが一定のニップのみを通過する、改修された運転方法と の両方に対して、適用可能である。本発明による方法では、自動化システムは、 一連のロールの保守と、線圧分布と、ロールのパラメータと、レシピのデータベ ースとのプログラムを含み、それらは、線圧分布の演算プログラムと共に、各等 級紙ごとの線圧分布の明確な計算を実行可能とする。更に、カレンダの一連のロ ールの変化を維持し、それらのロールのストックをモニタするため、それら専用 のプログラムルーチンがある。 一連のロール12における線圧分布と、中間ロール15〜22の支持用シリンダへ送 られる支持力とが、自動化システム30または当該システムに直接連結された別個 の演算装置のいずれかにおいて、計算される。その演算モデルは、チルドロール および重合体ロールから成る、カレンダ10内の一連のロール12の剛性および質量 分布と、それらのロール間のニップN₁〜N₉の剛性とを定める。更に、その計算上 、一連のロールに連結された外部の集合体の位置および質量が定められ、温度が 弾性係数に及ぼす影響が考慮され、ロールの直径が本来の弾性係数に及ぼす影響 が考慮され、場合によってはそれらのロールの追加線圧と、監視側および駆動側 におけるロール両端部の質量中心および重心のそれぞれの影響とが考慮される。 計算に用いられるデータは、一般的なカレンダ特有データと、ニップ特有データ と、ロール特有データとに区分される。したがって、その計算に必要な初期値デ ータは、第４図に概略的に示すように、ロールデータベース51と、ロール材料デ ータベース52と、一連のロール質量データベース53と、カレンダにおける連接リ ンク機構の幾何学的配列のデータベース、すなわち一連のロールのデータベース 54とにおいて定められる。本発明に適用される演算用モデルでは、その計算は２ 段階で行われ、第１段階では中間ロールの支持圧が最適化され、クラウン調整上 部および下部ロールに関する修正用係数が得られる。これらのデータは計算の第 ２段階で上部ロールおよび下部ロールの線圧分布を最適化するために利用される 。 本発明によるカレンダを所望のように操作可能な方法、すなわち中間ロールを 支持する力を定める方法は、本発明による手順から得られ、これによって、それ らの中間ロールに加わる線圧と、当該ロールの重量と、前記ロールに加わる支持 力との比を、所定のたわみ状態がその一連のロールの区域に行き渡る水準に調節 する。各ロールのたわみの決定において、関連するロール、または正もしくは負 のクラウンなどの、円筒形とは異なる前記ロールとニップ接触するロールの、場 合によっては摩砕方法を含めることが可能である。 基本荷重と、終端部ロールとして働くクラウン調整ロールによって生成される 線圧の修正とは、中間ロールのたわみの等式の解法において考慮され、あらゆる 場合において、一連のロールに関して、その一連のロール内のニップにおける線 圧分布が、所望の線圧分布に相当するような均衡状態を達成可能である。 既に定式化され、一連のロールの動作を示す一群の等式は、一般的に用いられ る等式群の数値解法アルゴリズムによって、集中的に解くことが可能である。そ の一例が第５図であり、これは４ロール式スーパーカレンダを示し、一連のロー ル100は、クラウン調整下部ロール111と、クラウン調整上部ロール112と、２つ の中間ロール113，114とを含む。それらのロール間のニップN₁₀₁，N₁₀₂，N₁₀₃に おけるニップ圧は、実質的には、ニップを形成するロールのうちの１つの被覆の 弾性圧縮を行うために必要な、バネの力として生成される。各点において、力は 、そのニップでロール内に生じる遷移間の差に比例するため、それらの点におけ る遷移の差が同一の場合、すなわちロールのたわみ線が同じ形で同じ大きさのも のである場合は、各点で同一の負荷が達成されることを直接的に結論することが できる。したがって、各ロールの最適な減圧または支持は、各ロールマント上に 残る曲げ圧が、すべてのロール上で等しい高さのたわみを生じるように定められ る。 通常は、ロールのたわみ形状は相等しい（放物面状）ため、第５図で参照され る試験では、ロールのたわみを、そのロールの中心点のたわみのみによって説明 する。 ロールマント上に生じるたわみ線圧の結果としてのロールのたわみは、等式で 表わすことができる。 δ_t＝k・(q_ts/E_l・I_l)， これから、負荷がたわみによって得られる。 q_ts＝((E_t・I_t)/k)・δ_t ここで、 δ_t＝ロールのたわみ k＝負荷方法に依存する係数 q_ts＝ロールをたわませる線圧 E_t＝ロールの弾性係数 I_t＝ロールの慣性 一連のロール全体における中間ロールをたわませる圧力の和 △Q＝Σq_ts＝Σ(((E_t・I_t)/k)・δ_t) △Q＝一連のロールの区域における全負荷の変動 分圧により表わしたロールマントをたわませる負荷 q_st＝G_tv/L+q_ty-q_ta+q_ti G_tv＝ロールマントの重量 q_ty＝ロールの上部ニップにおける線圧 q_ta＝ロールの下部ニップにおける線圧 q_ti＝ロールマントの区域における他の因子から生じる余剰の線圧 ロール間の中間ニップにおいて隣接するロールの上部および下部のニップ圧が 相等しい大きさのものであることが考慮されている場合、一連のロール全体にお ける中間ロールをたわませる負荷の和は次のように求められる。 △Q＝Σq_ts＝Σ(G_t/L)+q_yy-q_aa+Σq_tl q_yy＝一連のロールの上部ニップにおける線圧 q_aa＝一連のロールの下部ニップにおける線圧 これらのロールのたわみが相等しいとし、かつ更にそれらを代入すると、求めら れるものは、 δ＝δ_t ⇒△Q＝δ/k・Σ(E_t・I_t) δ＝δ_t＝(△Q・k)/Σ(E_t・I_t) これを更にロールをたわませる圧の等式に代入すると、求められるものは、 q_ts＝(E_t・I_t)/Σ(E_t・I_t)・△Q ロールにおける力の均衡に関しては、片側当りの必要支持力が求まる。 F_tk＝1/2・q_ts・L+G_tp ⇒F_tk＝1/2・(E_t・I_t)/Σ(E_t・I_t)・△Q・L+G_tp F_tk＝片側当りのロールの支持力 L＝ニップ長さ G_tp＝片側当りのロールの終端部の重量 カレンダの一連のロール、明確には一連のロール全体の支持力の計算は、それ らのロールの正確な物理特性の知識に基づく。すなわち、さまざまな大きさのた わみ圧力が前記ロールに加わった場合の、すべてのロールの動作は分かっている 。各ロールに加わる軸受け支持力を定め、一連のロール全体に、相等しく高い計 算上のたわみを取得させることが、この計算の基本である。したがって、支持力 の調整によって、個々のロールにおける上部ニップ圧および下部ニップ圧の比に 影響を与えることが可能であり、それらの負荷の和は、そのロールそれぞれ自体 の質量と共に、それぞれ個々のロールにおいて、同一の所定のたわみを生じる。 この計算は、いかなる種類の一連のロールにも適用可能であり、その一連の ロールは、実質的に垂直に配置され、その一連のロールの上部ロールは可調節式 クラウンロールであり、下部ロールも同様に可調節式クラウンロールであり、前 記上部および下部ロールの支持力の軸方向の分布は調節可能で、更にその一連の ロールでは、少なくとも２つの中間ロールが、上部ロールおよび下部ロールの間 に配される。更に、一連のロールにおけるロールのすべてが支持され、それらの たわみ線はニップが閉じた時に下方に曲がることが、重要な必要条件である。 本発明の方法、装置およびカレンダの重要な構成要件は、一連のロールの線圧 の計算上、負荷を受けているたわみに影響を及ぼす各中間ロールの曲げ剛性、質 量、形状および材料特性などの物理特性が考慮されることである。 更なる構成要件は、中間ロールの軸受け支持力は、計算で定められ、各中間ロ ールに加わる全線圧は、各中間ロールに対して、各ロールおよびニップで当該ロ ールと接触するロールの接触面のたわみ形状が、互いに一致するような計算上の たわみを、実質的に受けさせることである。 カレンダにおけるニップの力を調節することにより、カレンダ内の最上部のニ ップと最下部のニップとの力の差は、所望の水準に定められる。これは、事実上 、第2A図、第2B図および第2C図に関連して説明した負荷角αの調整を意味する。 要約すると、本発明の本質的な特徴は、一連のロールにおける中間ロールのす べてが、ピンの力（ウェブの外側の全質量）に必要なものよりも強い程度に支持 されることであると言ってもよい。その場合、ロールのたわみ線は下方に曲がっ て、実質的に放物線状になる。各中間ロールの支持力は調整されて、ロールのた わみを、一連のロールにおけるその他のロールの形状に適合させる。したがって 、その計算はそれらのたわみによって行われる。このようにして、ロールすべて のたわみが相等しくなるようにロール間の基本圧を定める、一群の等式が得られ る。したがって、力の均衡がその一連のロール内に生じる。負荷角αとして、い かなる負荷角も使用可能であり、その負荷角αの調整は、外側の負荷用部材によ って、上部ロールおよび下部ロールを通して行われる。したがって、たわみの調 整では、変数は、ロールが支持されている支持力となる。線圧分布における、ウ ェブの外側の区域の質量によって生じる誤差（および線圧分布に生じ得る他の 誤差）は、クラウン調整上部および下部ロールによって修正される。 第６図に示すように、本発明は、多重ロールカレンダ内の一連のロールにおけ る負荷処理および負荷調整をロールの対ごとに行う、新規の可能性を提供し、こ れによって調整のシステムを簡素化し、その実行を容易化する。既に述べたよう に、今日のスーパーカレンダでは、中間ロールとして、原則として２つの異なる 種類のロールが用いられ、それらの２種類のロールの剛性は異なる。中間ロール として、一方では硬面付き加熱可能ロールが用いられ、他方では軟面付きロール が用いられ、その軟面付きロールは、ロール軸上へ、紙または何らかの他の繊維 材料で作られた円盤を取り付けることによって形成された、従来の紙ロールまた はファイバーロールとしてよい。軟面付きロールとして、重合体面付きロールの 使用はずっと増加していて、ロールフレームは管状ロールマントから成る。同一 のロール種類のロールの剛性は、実質的に互いに相等しいが、上述のように、そ れらのロール種類は、剛性に関しては実質的に互いに異なり、したがって、自身 の質量から生じるたわみに関しても異なる。 従来のスーパーカレンダにおける一連のロールは、実質的に垂直または斜め垂 直の配置とされたロールの積重ねを含み、それらのロールは、上下に次々と配置 され、ロールの軸受け箱へ加わるピン圧は、液圧式で軽減される。この一連のロ ールの負荷およびプロファイリングは、クラウン調整上部ロールおよび下部ロー ルによって処理される。 第６図に示す他の負荷方法では、一連のロールは、ロールの対200として扱わ れ、対のロール200内の下半分として配置された剛性の高いロール202と、上半分 として配置された可撓性の高いロール201とで構成される。したがって、この上 部ロール201自身の質量から生じるたわみは、対の下部ロール202のたわみよりも 大きい。一連のロール内の各ロール対200は、実質的に互いに同様であり、それ らは、ロール201，202の質量および剛性に依存して、相等しい共通のたわみを有 する。 ロール対200内の上部の可撓性の高いロール201の軸受け箱には、例えば、液圧 により力F₂が加えられ、これによって、ピン圧の軽減の他に、ロール間の線圧分 布の誤差であって、ロール201，202の相異なる剛性から生じる誤差が補正さ れる。これは等式によって説明することができる。 ２F₂＝m_add2，ここで、 F₂ ＝上部ロールの軸受け箱へ加わる力 m_add2 ＝軸受け箱およびそれらに取り付けられた補助装置の質量と、 それらのロールの互いに異なる剛性から生じる上述の誤差 したがって、上部ロール201は、その自重m₂によって（そこからはピン圧が「 空」にされている）下部ロール202上に乗り、一定の線圧m₂/Lを下部ロールに加 え、ここでＬはロール201，202間のニップＮの軸方向の長さである。他方、力F₁ は、ロール対200内の下部ロール202の軸受け箱に対して加えられ、その力によっ てロール対200内の両ロール101，102の質量と、下部ロール202のピン圧とが支持 される。これは等式によって説明することができる。 ２F₁＝m₁+m₂+m_add1,ここで、 F₁ ＝下部ロールの軸受け箱に対して加わる力 m₁ ＝下部ロールの質量 m₂ ＝上部ロールの質量 m_add1 ＝下部ロールの軸受け箱およびそれらに取り付けられた補助装置 の質量 したがって、最適な状態では、別々のロール対200間において、それらのロー ルの質量から生じる力は、全く影響を有さない。ロール対200のうちロール201， 202間のニップＮでは、上部ロール201の質量から生じる線圧のみが有効であり、 例えば約10〜20kN/mである。個々のロール間の差により、一連のロールを全体と して扱う必要があり、各ロールの減圧を最適化して、全体の線圧の横方 向のプロファイルを可能な限り真直にし、更にそれらのロールの質量から生じる 線圧を、可能な限り低くする必要がある。このようにして、殆ど均一の負荷の一 連のロールが得られ、その一連のロールは、他の点に関しては、上述の方法で負 荷を加えられる。例えば、300kN/mの負荷を負荷水準として考える場合、先行す るまたは後続のニップに比べて、２番目のニップ毎に、約５％の負荷の差しか生 じない。すなわち、既存のロールの場合、実質的に均一な負荷分布が達成される 。 以上、第６図の説明に関して、簡略化のため、ロール対200内のロール201，20 2の剛性が互いに一定の比であり、同じ種類のロールに属するロールの剛性は、 互いに相等しいと仮定する。しかし、第５図に関連して、計算によって上述のよ うに明確化したように、ロールの特定のたわみの程度の相対比から生じる制限は 、存在するとは思われない。したがって、２つのロールの剛性のいかなる比でも 計算によって補正可能であり、一連のロール全体における線圧の大きさを調整可 能であり、計算上のロール対における内部ニップにより生じる偏差は除いて、そ れらを実質的に相等しくする。 従来の上部および下部ロール、例えば各区域において調節可能なロールを用い る場合、均一な負荷を制限する因子は、中間ロールの全体のたわみである。しか しこの制限は補正可能であり、必要に応じて、下部ロールを摩砕し、その直径を 中央部でその両端部よりも小さく（負のクラウン）し、各区域で調節可能な、ロ ールの達成可能な最大限度のたわみは、摩砕形状と共に、一連のロールの最大限 度可能なたわみを達成する。しかし、その関係で注意すべきことは、この種の一 連のロールでは、ロールの全体のたわみ方向が、いわゆる従来のスーパーカレン ダのたわみ方向とは異なり、ロールは、従来のスーパーカレンダに用いられる上 方屈曲形でなく、下方屈曲配置となることである。 スーパーカレンダの一連のロール内では、ロール対によって行われる負荷の調 整において、第６図の表現と比較すると、カレンダの逆転ニップ、すなわちウェ ブのカレンダ掛けする側が変わるニップによって、差が生じる。一般的に、この 逆転ニップは、スーパーカレンダにおいては中央ニップである。これは第7A図、 第7B図および第7C図に示され、前記逆転ニップにおける３つの選択可能な負荷方 法が示される。前記図では、第６図に示された、互いに同一のロールの対を、参 照番号200で示す。スーパーカレンダにおいて、この逆転ニップは、２つの軟面 付きロール201間に形成されたニップであり、第7A図、第7B図および第7C図では 、この逆転ニップはN_eで示す。 第7A図の方式では、これは、次々と上下に配された３つのロールによってこの 場合は形成されたロールの「対」200_eにおける硬面付きの下部ロール202、例え ば加熱式ロールが、その他のロールの対200における下部ロールよりも高い剛性 を有するように達成されている。これは、２つの上部ロール201の質量が、下部 ロール202上に加えられるからである。 第7B図において、同様の方式は、逆転ニップN_e内の上部軟面付きロール201_e1 を、クラウン調整ロールとして配置して、達成される。このような方式では、前 記ロール201_e1のたわみは、そのロールの内部に取り付けられたクラウン調整手 段によって補正され、そのロールの質量は、その重量によって、下に配されたロ ール対200_e1に対しては、負荷を加えることはない。 第7C図において、同様な方式は、逆転ニップN_eの上部軟面付きロール_e2を配設 して、そのたわみが全ロール対200，200_e2のたわみと等しくなるような剛性を有 するように達成されている。このような場合、逆転ニップの前記ロールは、負荷 の調整には何の問題も生じない。 第８図を参照すると、計算上、本発明によれば、まずロールの初期値が定めら れ、これに基づいて一連のロールに対応する数理モデルが作られる。この数理モ デルは、その一連のロールに含まれるロール数に従って作られる。その一連のロ ール用に作られた最適化計算は、これらのデータを開始データとして用いる。行 われる最適化計算上、中間ロールのニップ誤差は最小化され、それらの誤差は、 呼び形状からの偏差とされる。各ニップ間に生じ、紙および塗工に起因する弾性 は、基準定数によって示され、ニップの長さ全体にわたって算出される。最適化 される力が線圧に及ぼす影響は、応答データベースにおいて定められ、そこでは 、各中間ロールのニップのエレメントのユニットレスポンスが、所望の検査点数 で示される。一定不変の力が線圧に及ぼす影響は、別個の不変力データベースに おいて定められ、分割質量と、点質量と、不可変圧のニップとが考慮され る。更に、計算のために、最適化される力が制限に及ぼす影響と、バックアップ 力が引張の制限に及ぼす影響とが定められる。したがって、最適化の割り当ては 、変数が等式群によって限定され定められる、数学上の問題になる。その計算の 結果、中間ロールに関する最適な軽減力と、最適なロールの線圧およびたわみの プロファイルとが得られる。 計算作業後、カレンダの一連のロール内の中間ロールの最適化された支持力は 、例えば第１図に示すように、中間ロールの支持用シリンダへ出力される。中間 ロールのこの最適化された支持力はまた、クラウン調整上部および下部ロールの 区域圧の計算プログラムへも出力される。この一連のロール内の中間ロールのた わみ値は、クラウン調整上部および下部ロールの制御および調整に用いられる。 これらの中間ロールのたわみ値から、別の計算プログラムによって、上部および 下部ロールの区域圧の修正値が定められ、それらの修正値は、それぞれの場合に 、区域圧のそれぞれの実値に加算され、またはそこから減算される。一連のロー ルにおける線圧分布は、本発明の方法に従って制御され、自動化システムのユー ザインターフェースによって、先ず所望の線圧分布の形が定められる。その後、 この自動化システムおよびこれに含まれる計算プログラムは、中間ロールの支持 圧、およびクラウン調整上部および下部ロールの区域圧の上述の設定値を計算す る。本発明による方法はまた、ロールの交換から、または新しい運転方法から生 じる一連のロールにおける変化の状態と、一連のロールのデータベース、パラメ ータのデータベースおよび計算における、前記変化の状態から生じるあらゆる変 化とを考慮に入れる。同様に、そのロールおよび材料のデータベースにおいても 、本方法は、チルドロールおよび／または重合体の直径および／または材料特性 が変化する状態を考慮に入れる。 カレンダ掛けの工程条件について一般的に言えるのは、それらがロールとして 用いられる要素の能力によって定められるということであり、カレンダ技術にお いても通常のことである。更に、その工程における制約因子は、かさ（こわさ） 、平滑性／粗さおよび光沢、特に印刷用紙の光沢などの所望の紙の特性を含む。 工程条件の例としては、S.D.Warreの米国特許第4,749,445号および第4,624,744 号を挙げることができる。加熱式のいわゆる熱ロールの可能な表面温 度範囲は、運転速度に依存して、T_S=60℃〜250℃であり、その表面温度が遅い運 転速度では低くなり、早い運転速度では高くなる。なぜなら、ニップの作用時間 は短く、したがって、熱ロールからウェブ表面への伝熱が低いからである。線圧 の変動範囲は20kN/m〜550kN/m、またはそれより更に高くすることができ、これ もまた運転速度と、そのスーパーカレンダにおいて線圧を生成するクラウン調整 上部および下部ロールの特性による。 以上、添付図面を参照して、一例として本発明を説明したが、本発明は同図面 に示す実施例に限定されることはなく、本発明のさまざまな実施例を、添付の請 求の範囲に明記する発明の概念の範囲内で変化させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 キビオヤ、ペッカ フィンランド共和国 エフアイエヌ― 40950 ムウラメ、バイニオンティエ 15 (72)発明者 エハロラ、ユハ フィンランド共和国 エフアイエヌ― 40800 バアヤコスキ、コタマエンティエ ７ ビィー (72)発明者 ヒルサルミ、イイッカ フィンランド共和国 エフアイエヌ― 04400 ヤルベンパア、ウウラアンティエ ３ エー (72)発明者 リンノンマア、ペッカ フィンランド共和国 エフアイエヌ― 02140 エスポー、シポオンティエ ６ エーエス ３ (72)発明者 コイブクンナス、ペッカ フィンランド共和国 エフアイエヌ― 04430 ヤルベンパア、カウハバンクヤ ５ (72)発明者 ビルヤンマア、ミカ フィンランド共和国 エフアイエヌ― 00700 ヘルシンキ、コティヌッメンクヤ ２ エフ 25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．カレンダ掛けされる材料ウェブ（Ｗ）を実質的に縦に配置された一連のロー ル（12）内のニップ（N₁〜N₉）に通過させ、該一連のロールを、クラウン調整上 部ロール（13）およびクラウン調整下部ロール（14）によって、更に支持用シリ ンダ（154）が設けられ前記上部および下部ロール（13，14）間に取りつけられ た少なくとも２つの中間ロール（15〜22）によって形成し、その関係で、前記一 連のロール内のすべてのロールを支持し、前記ニップ（N₁〜N₉）が閉じている時 に、該ロールの曲がり線を下方に曲げる、多重ニップカレンダにおける線圧分布 の計算・調整方法において、該線圧の計算・調整では、負荷を受ける各中間ロー ル（15〜22）の曲がりに影響を及ぼす曲げ剛性、質量、形状および材料特性など の物理特性を考慮し、該中間ロール（15〜22）へ加わる線圧と、ロールの自重と 、該ロールに加わる支持力との比を調整して、前記一連のロールを均衡状態であ って所定のたわみ状態にすることを特徴とする多重ニップカレンダにおける線圧 分布の計算・調整方法。 ２．請求の範囲第１項記載の方法において、前記カレンダの一連のロール（12） に、たわみ特性がロールごとに異なる中間ロール（15〜22）を用いることを特徴 とする多重ニップカレンダにおける線圧分布の計算・調整方法。 ３．請求の範囲第１項または第２項記載の方法において、前記計算上、前記一連 のロール（12）を１つの単位として扱うことを特徴とする多重ニップカレンダに おける線圧分布の計算・調整方法。 ４．請求の範囲第１項または第２項記載の方法において、前記計算をロールの対 （200）によって行うことを特徴とする多重ニップカレンダにおける線圧分布の 計算・調整方法。 ５．請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の方法において、前記一連 のロール（12）内の中間ロール（15〜22）をカレンダのフレーム（11）で支持し 、該ロールを自由に動かすことを特徴とする多重ニップカレンダにおける線圧分 布の計算・調整方法。 ６．カレンダが、該カレンダのフレームに取り付けられ実質的に垂直に配置され た一連のロール（12）を含み、該一連のロールは、クラウン調整上部ロール（13 ）と、クラウン調整下部ロール（14）と、該上部ロールおよび下部ロール間に取 り付けられた１つまたは複数の中間ロール（15〜22）とを含み、その関連で、該 中間ロール（15〜22）の懸垂手段は支持シリンダを備え、前記一連のロール内の すべてのロールは支持され、前記ニップ（N₁〜N₉）が閉じている時は、該ロール の曲がり線は下方に曲がる、紙または板紙のカレンダ掛け用多重ニップカレンダ における線圧分布の計算・調整装置において、該装置は、自動化システム（30） および演算装置（40）を含み、それらは、該線圧の計算・調整において取り付け られ、負荷を受けている各中間ロール（15〜22）の曲がりに影響を及ぼす曲げ剛 性、質量、形状および材料特性などの物理的特性を考慮し、該中間ロール（15〜 22）に加わる線圧と、該ロールの自重と、該ロールに加わる支持力との比を調整 し、前記一連のロールは均衡状態であって所定のたわみ状態とされることを特徴 とする多重ニップカレンダにおける線圧分布の計算・調整装置。 ７．請求の範囲第６項記載の装置において、該装置は、前記カレンダ内の一連の ロール（12）を調整するように配設され、前記中間ロール（15〜22）は、ロール ごとに異なる曲がり特性を有することを特徴とする多重ニップカレンダにおける 線圧分布の計算・調整装置装置。 ８．請求の範囲第６項または第７項記載の装置において、該装置は、計算上、前 記一連のロール（12）を１つの単位として扱うように設置されることを特徴とす る多重ニップカレンダにおける線圧分布の計算・調整装置。 ９．請求の範囲第６項または第７項記載の装置において、該装置は、前記計算を ロールの対（200）によって行うことを特徴とする多重ニップカレンダにおける 線圧分布の計算・調整装置。 10．請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の方法を行うための多重ニ ップカレンダ。