JP2003247193A - カレンダー加工用の加熱ロール - Google Patents
カレンダー加工用の加熱ロールInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カレンダー装置の加熱ロールの熱伝導特性と
機械的強度を向上して、所定温度に加熱するための準備
作業時間を短縮でき、しかも高温・高圧の作業条件でカ
レンダー処理できる加熱ロールを提供する。 【解決手段】 加熱ロール５のシェル１０を、高炭素ク
ロム鋼を素材にして鍛造によって形成する。その主な組
成はＣ／0.７０〜1.２０、Ｃｒ／1.２０〜3.００とす
る。鍛造後のブランクシェルに、焼ならし処理を施して
球状化焼鈍を行い、抗張力、熱伝導率、弾性係数を好適
化する。ブランクシェルに焼き入れおよび焼き戻し処理
を行ってロール表面を硬化し、必要な表面硬度と耐磨耗
性を得る。
機械的強度を向上して、所定温度に加熱するための準備
作業時間を短縮でき、しかも高温・高圧の作業条件でカ
レンダー処理できる加熱ロールを提供する。 【解決手段】 加熱ロール５のシェル１０を、高炭素ク
ロム鋼を素材にして鍛造によって形成する。その主な組
成はＣ／0.７０〜1.２０、Ｃｒ／1.２０〜3.００とす
る。鍛造後のブランクシェルに、焼ならし処理を施して
球状化焼鈍を行い、抗張力、熱伝導率、弾性係数を好適
化する。ブランクシェルに焼き入れおよび焼き戻し処理
を行ってロール表面を硬化し、必要な表面硬度と耐磨耗
性を得る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、紙などのカレン
ダー加工に適用される加熱ロールに関する。 【０００２】 【従来の技術】カレンダー加工法には、鋳鉄製の一対の
カレンダーロールでカレンダー加工を行うハードカレン
ダー法と、鋳鉄製のカレンダーロールと周面に弾性体が
巻層された弾性ロールでカレンダー加工を行うソフトカ
レンダー法があり、いずれの場合にもカレンダーロール
を加熱し加圧した状態でカレンダー処理を行う。カレン
ダーロールを加熱するために、ロールの周面寄り内部に
ロール軸心と平行な一群の通路を設け、これらの通路に
高温の伝熱油を循環させている。この種の加熱ロールは
特表平１１−５０９５８４号公報に見ることができ、そ
こでは左右一対のジャーナルと、両ジャーナルで支持さ
れる円筒状のシェルとで加熱ロールを構成し、シェルの
肉壁内に伝熱油用の通路の一群を形成している。 【０００３】カレンダー加工用の加熱ロールの殆どは鋳
鉄製のチルドロールからなり、その化学組成の概略は、
Ｃ／3.３〜3.５、Ｓｉ／0.６〜0.８、Ｍｎ／0.６〜0.
４、Ｎｉ／4.０〜4.５、Ｃｒ／1.７〜1.９、Ｍｏ／0.１
〜0.３、となっている（「紙の抄造」３４４ページ、紙
パルプ技術協会発行）。この種のチルドロールは、ロー
ルの表面側と内部とで鋳鉄の組成が異なっており、表面
から内部へ向かってクリアチル層と中間層と内層とが形
成される。クリアチル層は白鋳鉄からなりその硬度はＨ
ｓ７０°前後である。内層は炭素がグラファイト状に存
在する低硬度のグレー鋳鉄からなり、中間層はクリアチ
ル層と内層の中間の性質を備えたモルト鋳鉄からなる。
この中間層とクリアチル層はトータルチルと総称されて
おり、先に説明した伝熱油用の通路は、トータルチルを
避けて内層に形成してある。内層とクリアチル層とは熱
伝導率が異なっており、内層の熱伝導率が0.０８〜0.１
０ｃａｌ／cm．ｓ．℃位であるのに対し、クリアチル層
の熱伝導率は0.０５〜0.０６ｃａｌ／cm．ｓ．℃位と小
さく、その抗張力は３５〜４０kgｆ／mm2 である。因み
に、加熱ロールの概略の大きさは、外直径が４００〜１
５００mm、胴長が２〜１０ｍ、シェル厚みが１７０〜２
００mmであり、クリアチル層の厚みは７〜２０mm、中間
層の厚みは２５〜３５mmである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この種の加熱ロール
は、操業前に所定の温度にまでロールを加熱するが、ロ
ールの加熱に長時間を要する欠点がある。元来、加熱ロ
ールは充分な硬度と耐磨耗性を得るために、ロール全体
をチルドロールで形成している。ところが、先に述べた
ようにクリアチル層の熱伝導率が内層の熱伝導率に比べ
て小さいため、ロールの昇温を急ぐと、ロール内層の温
度がクリアチル層の温度を越えて高くなり、内層の熱膨
張作用でクリアチル層に大きなループ引張応力が作用す
る。このループ引張応力がクリアチル層の抗張力を越え
て大きくなるとトータルチル層は破壊する以外に無く、
従ってロールの加熱はゆっくりと時間をかけて行わざる
を得ず、そのため準備作業に多くの時間を要していた。
具体的には、伝熱油による温度上昇速度の上限を６０℃
／Ｈとし、冷却速度を３０℃／Ｈとしており、例えばロ
ール温度を２００℃に加熱する場合には、３時間以上も
の時間を要することとなる。 【０００５】クリアチル層の熱伝導率の低さは、操業時
の加熱ロールによる総伝熱量にも制約を及ぼしている。
加熱ロールの熱は、処理対象の紙によって奪われ、さら
にロール表面から空気中に放出される。しかも、処理対
象の紙の送給速度が大きければ大きいほど、加熱ロール
から奪われる熱量は増加する。ところが、熱伝導率の低
いクリアチル層による総伝熱量には限界があるので、こ
の限界を越えてロール表面を所定の高温状態に維持でき
ないこととなる。従って、クリアチル層の熱伝導率の低
さは、加熱ロールの高温化に制約を及ぼすばかりではな
く（約２００℃が限度）、処理対象紙の送給速度の向
上、つまりカレンダー加工を含む抄造の生産性の向上に
限度がある。 【０００６】先に説明したように、加熱ロールの胴長さ
は２〜１０ｍにも達する。そのため胴長が長ければ長い
ほど、加熱ロールの中央部に大きな曲げモーメントが作
用し、弾性ローラーとのニップ圧に実用上の限界を生じ
る。因みに、チルドロールからなる加熱ロールの強度は
内層の強度に左右されるが、その弾性係数は概ね１２０
００〜１３０００kgｆ／mm2 であり、このロール強度を
越えてニップ圧を増強することはできない。現状の加熱
ロールにおける最大ニップ圧は概ね３５０ＫＮ／ｍ前後
である。現状の加熱ロールを用いて最大ニップ圧をさら
に増強しようとすると、ロール直径を大きくする以外に
ないが、そうするとカレンダー装置が大形化し、設置に
要するスペースが大きくならざるを得ない。 【０００７】この発明の目的は、加熱ロールの熱伝導特
性と機械的強度の向上とを同時に実現して、従来の加熱
ロールに比べて高温、高圧の条件でカレンダー加工を行
えるうえ、加熱ロールを所定の温度に昇温させるための
準備作業を短時間で行うことができ、全体としてカレン
ダー加工の生産性を向上できるカレンダー加工用の加熱
ロールを提供することにある。この発明の他の目的は、
左右一対のジャーナルと、両ジャーナルで支持される円
筒状のシェルとで構成してある加熱ロールにおいて、よ
り高温で、しかも高いニップ圧でカレンダー処理を行う
ことによって、紙内部を嵩だかにしたままで紙表面に平
滑さと光沢を与えて多種の高品位の紙を製造するのに好
適な加熱ロールを提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】この発明のカレンダー加
工用の加熱ロールは、左右一対のジャーナル８・９と、
両ジャーナル８・９に締結固定されるシェル１０とを備
えている。シェル１０の周面寄り内部にはロール軸心と
平行な一群の通路１２・１３を設け、これらの通路１２
・１３に高温の伝熱油を循環させて、高温状態でカレン
ダー加工を行う。シェル１０は、Ｃ／0.７０〜1.２０、
Ｃｒ／1.２０〜3.００を主成分とする高炭素クロム鋼を
素材にして鍛造により形成する。鍛造後のブランクシェ
ルに焼ならし処理と、球状化焼鈍処理を施して、抗張力
が６０kgｆ／mm2 以上、熱伝導率が0.１０ｃａｌ／cm．
ｓ．℃以上、弾性係数が２１０００kgｆ／mm2 以上に調
整されている。得られたブランクシェルに焼き入れおよ
び焼き戻し処理を施して、シェルの表面硬度がＨｓ７５
°以上に調整してあることを特徴とする。 【０００９】 【発明の作用効果】この発明では、Ｃ／0.７０〜1.２
０、Ｃｒ／1.２０〜3.００を主成分とする高炭素クロム
鋼を素材にして、鍛造によりブランクシェルを形成した
うえで熱処理を施して、シェル１０のロール表面の硬度
と耐磨耗性を確保しながら、熱伝導特性と機械的強度と
を向上できるようにした。具体的には、抗張力が６０kg
ｆ／mm 2 以上、熱伝導率が0.１０ｃａｌ／cm．ｓ．℃以
上、弾性係数が２１０００kgｆ／mm2 以上、シェルの表
面硬度がＨｓ７５°以上になるようにした。従って、こ
の発明の加熱ロール５は、従来のチルドロールに比べて
熱伝導率が高く、しかもロールの抗張力が大きいうえ、
ロール内部における組織の違いに由来する熱膨張作用を
解消できるので、ロール温度を所定の高温状態に加熱
し、あるいは常温にまで降温する際の昇温速度や降温速
度を大きくすることができ、ロールを加熱しあるいは冷
却するための準備作業をより短い時間で行うことができ
る。同様の理由から、加熱ロール５をより高い温度に加
熱し、さらに高いニップ圧にした状態でカレンダー加工
を行うことができ、従来のチルドロールを用いてカレン
ダー加工を行う場合に比べて、カレンダー加工を能率よ
く行うことができる。 【００１０】上記のように、従来のチルドロールに比べ
て、加熱ロール５の抗張力、および弾性係数を大きくで
きるので、カレンダー加工時により高いニップ圧を作用
させることができる。換言すると、胴長が大きな加熱ロ
ール５であっても、そのロール径を大きくする必要もな
くより高いニップ圧を負荷できるので、カレンダー装置
を小形化できる。また、より高温・高圧の加工条件でカ
レンダー処理を行うことによって、紙内部を嵩だかにし
たままで紙表面に平滑さと光沢を与えることができ、多
種の高品位の紙を製造するのに好適な加熱ロールが得ら
れる。 【００１１】 【実施例】図１ないし図４は、この発明に係るカレンダ
ー装置と加熱ロールの実施例を示している。図１におい
て符号１は抄造された紙の原反ロール、Ｗは原反ロール
１から繰り出される広幅の紙ウェブであって、紙ウェブ
Ｗは第１カレンダー装置２と、第２カレンダー装置３と
を通過する間に、上面と下面とが各装置で仕上げられ
る。両カレンダー装置２・３において、符号４はフレー
ム、５は加熱ロール、６は弾性ロール、７はロール加圧
用の油圧シリンダーであり、第１カレンダー装置２では
加熱ロール５の下面側に弾性ロール６を配置し、第２カ
レンダー装置３では弾性ロール６の下面側に加熱ロール
５を配置している。これらのカレンダー装置２・３は、
図１に示すようなカレンダー処理ラインに適用する以外
に、抄紙ラインの終段に配置して使用することができ
る。 【００１２】図２において加熱ロール５は、左方のジャ
ーナル８と、右方のジャーナル９と、両ジャーナル８・
９に締結固定される円筒状のシェル１０とで構成されて
おり、左方のジャーナル８の軸端に装着したロータリー
ジョイント１１を介して、シェル１０内に伝熱油を送給
し、循環できるようになっている。図３ないし図５に示
すように、シェル１０の周面寄りの肉壁内には、伝熱油
を左側のジャーナル８から右側のジャーナル９へ向かっ
て送給案内する第１送給路（通路）１２と、伝熱油を逆
向きに送給案内する第２送給路（通路）１３とが軸心と
平行に形成してある。ロータリージョイント１１を介し
て送給された伝熱油は、左側のジャーナル８の内部に設
けられた送給通路１４を介して第１送給路１２へ送り込
まれ、右側のジャーナル９に設けたグルーブ１５で反転
案内されて第２送給路１３へ循環流動し、左側のジャー
ナル８の内部に設けられた回収通路１６を介して回収さ
れる。 【００１３】加熱ロール５の熱伝導特性と機械的強度を
向上するために、シェル１０は高炭素クロム鋼を素材に
して鍛造により形成し、得られたブランクシェルに各種
の熱処理や機械加工を施して形成する。素材となる高炭
素クロム鋼の化学的組成は、Ｃ／0.７０〜1.２０％、Ｃ
ｒ／1.２０〜3.００％、Ｍｎ／0.３０〜0.８０％、Ｓｉ
／0.３０〜0.８０％、Ｎｉ0.７５％以下、Ｍｏ0.１％以
下とし、上記の元素以外は、鉄基合金の不純物を除く鉄
とする。不純物として主なものはＰおよびＳであるが、
脆化防止のためにＰは0.０３％以下、Ｓは0.０３％以下
となるようにする。なお、各組成物の比率は重量％であ
る。 【００１４】上記の組成において、Ｃは炭化物を生成し
硬さを得るための必須成分であるが、多量に添加する
と、耐磨耗性は向上できるものの、靭性および鍛造性が
低下するので、0.７０〜1.２０％とするのが好ましい。
ＣｒはＣと結合して複合炭化物を形成し、耐磨耗性の向
上に大きく寄与できるうえ、基地中に固溶して焼き入れ
性を向上できる。しかし、多量に添加すると靭性の低下
を招くうえ、低硬度のクロム炭化物が過多となって耐磨
耗性が低下するので、1.２０〜3.００％とするのが好ま
しい。Ｍｎは脱酸剤として添加するが、焼き入れ性の向
上にも寄与できる。但し、多量に添加すると、Ｍｎ化合
物（ＭｎＳ）を析出して靭性の低下を招くうえ、残留オ
ーステナイトが生じやすいため、安定した硬さを維持で
きない。ＳｉはＭｎと同様に脱酸剤として添加するが、
炭化物の微細化と焼き入れ性の向上にも役立つ。さら
に、固体基地を強化し降伏点を高めることにも役立つ。
しかし、多量に添加すると、熱伝導性の低下と靭性の低
下を招く。Ｎｉは焼き入れ性の向上や結晶の微細化によ
る靭性の向上に寄与する。しかし、大量に添加すると残
留オーステナイトが増加し、靭性の低下を招く。Ｍｏは
焼き入れ性の向上に効果があるが、その添加量が多い
と、靭性を低下させる。 【００１５】シェル１０は以下の過程を経て製造する。
まず、高炭素クロム鋼に鍛造加工を施してブランクシェ
ルを形成するが、１０００〜１２００℃に加熱維持し鍛
造することにより、鋼塊凝固時の結晶の偏析を消滅させ
る。鍛造後に９００〜１０００℃で焼ならし処理を施
し、網状炭化物を消失させるか、切れ切れにして基地を
微細なソルバイト組織に改質する。次に、焼き入れ後の
組織を好適化するために、球状化焼鈍処理を行う。この
球状化焼鈍処理においては、シェルブランクを変態点の
直上（約７８０℃）と直下（約７２０℃）の温度帯に長
時間保持して冷却する。得られたシェルブランクは、抗
張力が６０kgｆ／mm2 以上、熱伝導率が0.１０ｃａｌ／
cm．ｓ．℃以上、弾性係数が２１０００kgｆ／mm2 以上
であることが好ましいが、実際に製造されたシェルブラ
ンクの物理特性は以下のとおりであった。 抗張力・・・・６８kgｆ／mm2 熱伝導率・・・0.１０３ｃａｌ／cm．ｓ．℃ 弾性係数・・・２１３００kgｆ／mm2 熱膨張係数・・１1.５×１０-6／℃ 比熱・・・・・0.11ｋｃａｌ／kg．℃ 降伏点・・・・３６kgｆ／mm2 伸び・・・・・２０％ 【００１６】次に、オーステナイト領域まで加熱し、焼
き入れを施してロール表面を硬化処理する。この後、急
冷に伴う内部応力の除去、および靭性の改善のためにＡ
C1点以下の適当な温度に再加熱して、焼き戻し処理を施
す。得られたロールの表面硬度はＨｓ７５°であった。 【００１７】上記のように、この発明においては、シェ
ル１０を鍛造によって形成したうえで、ロール表面を焼
き入れにより硬化させることにより、必要な硬度と耐磨
耗性とを発揮できるようにするので、従来のチルドロー
ルのチル層に比べて熱伝導率が2.０〜1.７倍、抗張力が
1.７〜1.９倍、弾性係数が1.６８〜1.７倍にそれぞれ増
強され、しかも、ロールの表面硬度も必要な硬度を上回
るシェル１０を得ることができる。つまり、カレンダー
加工に不可欠な表面硬度と耐摩耗性を備えていながら、
熱伝導率が高く、従って加熱ロール５を所定の温度に昇
温させるための準備作業を短時間で行うことができ、し
かもチルドロールに比べてシェル１０の抗張力を大きく
して、従来の加熱ロールに比べて高温、高圧の条件でカ
レンダー加工を行える加熱ローラーが得られることとな
った。 【００１８】具体的には、伝熱油による温度上昇速度は
３６０℃／Ｈが可能であり、シェル１０に加熱ストレス
を与えない実用温度ですら１８０℃／Ｈを実現でき、チ
ルドロールの温度上昇速度が６０℃／Ｈであるのに比べ
て、加熱ロールの加熱準備作業に要する時間を３分の１
〜６分の１に短縮できる。シェル１０の弾性係数、およ
び抗張力のいずれもが、チルドロールに比べて数段大き
いので、最大ニップ圧を問題なく大きくでき（Ｍａｘ４
００kgｆ／cm）るうえ、シェル１０の加熱温度をさらに
高温化（〜２５０℃）できる。しかも、高温時の過酷な
熱応力にも問題なく耐えることができる。従って高温、
高圧の加工条件下であっても、適正にカレンダー加工を
行える。また、より直径の小さな加熱ロールでより高い
ニップ圧を発揮できるので、カレンダー装置を小形化で
きる点でも有利である。 【００１９】カレンダー装置に適用される弾性ロール６
としては、各種のクラウンコントロール型の鉄ロールの
周面に、ポリウレタン系、エポキシ系、ポリエーテル系
などの厚さ１０〜３０前後のプラスチックカバーを巻層
したロールが適用される。上記のカレンダー装置を用い
てカレンダー加工を行う事により、最高線圧４００kgｆ
／cmの条件下でカレンダー処理を行えるうえ、紙ウェブ
Ｗの最大送り速度を１８００ｍにまで向上できた。な
お、カレンダー加工の対象ウェブとしては、新聞紙、上
質紙、中質紙、グラビア紙などの非塗工印刷用紙や、塗
工用印刷紙がある。 【００２０】上記の実施例以外に、加熱ロール５は、伝
熱油が片方のジャーナル８からシェル１０内の通路１４
・１６を介して他方のジャーナル９へ向かって一方向へ
のみ流動するように構成してあってもよい。
ダー加工に適用される加熱ロールに関する。 【０００２】 【従来の技術】カレンダー加工法には、鋳鉄製の一対の
カレンダーロールでカレンダー加工を行うハードカレン
ダー法と、鋳鉄製のカレンダーロールと周面に弾性体が
巻層された弾性ロールでカレンダー加工を行うソフトカ
レンダー法があり、いずれの場合にもカレンダーロール
を加熱し加圧した状態でカレンダー処理を行う。カレン
ダーロールを加熱するために、ロールの周面寄り内部に
ロール軸心と平行な一群の通路を設け、これらの通路に
高温の伝熱油を循環させている。この種の加熱ロールは
特表平１１−５０９５８４号公報に見ることができ、そ
こでは左右一対のジャーナルと、両ジャーナルで支持さ
れる円筒状のシェルとで加熱ロールを構成し、シェルの
肉壁内に伝熱油用の通路の一群を形成している。 【０００３】カレンダー加工用の加熱ロールの殆どは鋳
鉄製のチルドロールからなり、その化学組成の概略は、
Ｃ／3.３〜3.５、Ｓｉ／0.６〜0.８、Ｍｎ／0.６〜0.
４、Ｎｉ／4.０〜4.５、Ｃｒ／1.７〜1.９、Ｍｏ／0.１
〜0.３、となっている（「紙の抄造」３４４ページ、紙
パルプ技術協会発行）。この種のチルドロールは、ロー
ルの表面側と内部とで鋳鉄の組成が異なっており、表面
から内部へ向かってクリアチル層と中間層と内層とが形
成される。クリアチル層は白鋳鉄からなりその硬度はＨ
ｓ７０°前後である。内層は炭素がグラファイト状に存
在する低硬度のグレー鋳鉄からなり、中間層はクリアチ
ル層と内層の中間の性質を備えたモルト鋳鉄からなる。
この中間層とクリアチル層はトータルチルと総称されて
おり、先に説明した伝熱油用の通路は、トータルチルを
避けて内層に形成してある。内層とクリアチル層とは熱
伝導率が異なっており、内層の熱伝導率が0.０８〜0.１
０ｃａｌ／cm．ｓ．℃位であるのに対し、クリアチル層
の熱伝導率は0.０５〜0.０６ｃａｌ／cm．ｓ．℃位と小
さく、その抗張力は３５〜４０kgｆ／mm2 である。因み
に、加熱ロールの概略の大きさは、外直径が４００〜１
５００mm、胴長が２〜１０ｍ、シェル厚みが１７０〜２
００mmであり、クリアチル層の厚みは７〜２０mm、中間
層の厚みは２５〜３５mmである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この種の加熱ロール
は、操業前に所定の温度にまでロールを加熱するが、ロ
ールの加熱に長時間を要する欠点がある。元来、加熱ロ
ールは充分な硬度と耐磨耗性を得るために、ロール全体
をチルドロールで形成している。ところが、先に述べた
ようにクリアチル層の熱伝導率が内層の熱伝導率に比べ
て小さいため、ロールの昇温を急ぐと、ロール内層の温
度がクリアチル層の温度を越えて高くなり、内層の熱膨
張作用でクリアチル層に大きなループ引張応力が作用す
る。このループ引張応力がクリアチル層の抗張力を越え
て大きくなるとトータルチル層は破壊する以外に無く、
従ってロールの加熱はゆっくりと時間をかけて行わざる
を得ず、そのため準備作業に多くの時間を要していた。
具体的には、伝熱油による温度上昇速度の上限を６０℃
／Ｈとし、冷却速度を３０℃／Ｈとしており、例えばロ
ール温度を２００℃に加熱する場合には、３時間以上も
の時間を要することとなる。 【０００５】クリアチル層の熱伝導率の低さは、操業時
の加熱ロールによる総伝熱量にも制約を及ぼしている。
加熱ロールの熱は、処理対象の紙によって奪われ、さら
にロール表面から空気中に放出される。しかも、処理対
象の紙の送給速度が大きければ大きいほど、加熱ロール
から奪われる熱量は増加する。ところが、熱伝導率の低
いクリアチル層による総伝熱量には限界があるので、こ
の限界を越えてロール表面を所定の高温状態に維持でき
ないこととなる。従って、クリアチル層の熱伝導率の低
さは、加熱ロールの高温化に制約を及ぼすばかりではな
く（約２００℃が限度）、処理対象紙の送給速度の向
上、つまりカレンダー加工を含む抄造の生産性の向上に
限度がある。 【０００６】先に説明したように、加熱ロールの胴長さ
は２〜１０ｍにも達する。そのため胴長が長ければ長い
ほど、加熱ロールの中央部に大きな曲げモーメントが作
用し、弾性ローラーとのニップ圧に実用上の限界を生じ
る。因みに、チルドロールからなる加熱ロールの強度は
内層の強度に左右されるが、その弾性係数は概ね１２０
００〜１３０００kgｆ／mm2 であり、このロール強度を
越えてニップ圧を増強することはできない。現状の加熱
ロールにおける最大ニップ圧は概ね３５０ＫＮ／ｍ前後
である。現状の加熱ロールを用いて最大ニップ圧をさら
に増強しようとすると、ロール直径を大きくする以外に
ないが、そうするとカレンダー装置が大形化し、設置に
要するスペースが大きくならざるを得ない。 【０００７】この発明の目的は、加熱ロールの熱伝導特
性と機械的強度の向上とを同時に実現して、従来の加熱
ロールに比べて高温、高圧の条件でカレンダー加工を行
えるうえ、加熱ロールを所定の温度に昇温させるための
準備作業を短時間で行うことができ、全体としてカレン
ダー加工の生産性を向上できるカレンダー加工用の加熱
ロールを提供することにある。この発明の他の目的は、
左右一対のジャーナルと、両ジャーナルで支持される円
筒状のシェルとで構成してある加熱ロールにおいて、よ
り高温で、しかも高いニップ圧でカレンダー処理を行う
ことによって、紙内部を嵩だかにしたままで紙表面に平
滑さと光沢を与えて多種の高品位の紙を製造するのに好
適な加熱ロールを提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】この発明のカレンダー加
工用の加熱ロールは、左右一対のジャーナル８・９と、
両ジャーナル８・９に締結固定されるシェル１０とを備
えている。シェル１０の周面寄り内部にはロール軸心と
平行な一群の通路１２・１３を設け、これらの通路１２
・１３に高温の伝熱油を循環させて、高温状態でカレン
ダー加工を行う。シェル１０は、Ｃ／0.７０〜1.２０、
Ｃｒ／1.２０〜3.００を主成分とする高炭素クロム鋼を
素材にして鍛造により形成する。鍛造後のブランクシェ
ルに焼ならし処理と、球状化焼鈍処理を施して、抗張力
が６０kgｆ／mm2 以上、熱伝導率が0.１０ｃａｌ／cm．
ｓ．℃以上、弾性係数が２１０００kgｆ／mm2 以上に調
整されている。得られたブランクシェルに焼き入れおよ
び焼き戻し処理を施して、シェルの表面硬度がＨｓ７５
°以上に調整してあることを特徴とする。 【０００９】 【発明の作用効果】この発明では、Ｃ／0.７０〜1.２
０、Ｃｒ／1.２０〜3.００を主成分とする高炭素クロム
鋼を素材にして、鍛造によりブランクシェルを形成した
うえで熱処理を施して、シェル１０のロール表面の硬度
と耐磨耗性を確保しながら、熱伝導特性と機械的強度と
を向上できるようにした。具体的には、抗張力が６０kg
ｆ／mm 2 以上、熱伝導率が0.１０ｃａｌ／cm．ｓ．℃以
上、弾性係数が２１０００kgｆ／mm2 以上、シェルの表
面硬度がＨｓ７５°以上になるようにした。従って、こ
の発明の加熱ロール５は、従来のチルドロールに比べて
熱伝導率が高く、しかもロールの抗張力が大きいうえ、
ロール内部における組織の違いに由来する熱膨張作用を
解消できるので、ロール温度を所定の高温状態に加熱
し、あるいは常温にまで降温する際の昇温速度や降温速
度を大きくすることができ、ロールを加熱しあるいは冷
却するための準備作業をより短い時間で行うことができ
る。同様の理由から、加熱ロール５をより高い温度に加
熱し、さらに高いニップ圧にした状態でカレンダー加工
を行うことができ、従来のチルドロールを用いてカレン
ダー加工を行う場合に比べて、カレンダー加工を能率よ
く行うことができる。 【００１０】上記のように、従来のチルドロールに比べ
て、加熱ロール５の抗張力、および弾性係数を大きくで
きるので、カレンダー加工時により高いニップ圧を作用
させることができる。換言すると、胴長が大きな加熱ロ
ール５であっても、そのロール径を大きくする必要もな
くより高いニップ圧を負荷できるので、カレンダー装置
を小形化できる。また、より高温・高圧の加工条件でカ
レンダー処理を行うことによって、紙内部を嵩だかにし
たままで紙表面に平滑さと光沢を与えることができ、多
種の高品位の紙を製造するのに好適な加熱ロールが得ら
れる。 【００１１】 【実施例】図１ないし図４は、この発明に係るカレンダ
ー装置と加熱ロールの実施例を示している。図１におい
て符号１は抄造された紙の原反ロール、Ｗは原反ロール
１から繰り出される広幅の紙ウェブであって、紙ウェブ
Ｗは第１カレンダー装置２と、第２カレンダー装置３と
を通過する間に、上面と下面とが各装置で仕上げられ
る。両カレンダー装置２・３において、符号４はフレー
ム、５は加熱ロール、６は弾性ロール、７はロール加圧
用の油圧シリンダーであり、第１カレンダー装置２では
加熱ロール５の下面側に弾性ロール６を配置し、第２カ
レンダー装置３では弾性ロール６の下面側に加熱ロール
５を配置している。これらのカレンダー装置２・３は、
図１に示すようなカレンダー処理ラインに適用する以外
に、抄紙ラインの終段に配置して使用することができ
る。 【００１２】図２において加熱ロール５は、左方のジャ
ーナル８と、右方のジャーナル９と、両ジャーナル８・
９に締結固定される円筒状のシェル１０とで構成されて
おり、左方のジャーナル８の軸端に装着したロータリー
ジョイント１１を介して、シェル１０内に伝熱油を送給
し、循環できるようになっている。図３ないし図５に示
すように、シェル１０の周面寄りの肉壁内には、伝熱油
を左側のジャーナル８から右側のジャーナル９へ向かっ
て送給案内する第１送給路（通路）１２と、伝熱油を逆
向きに送給案内する第２送給路（通路）１３とが軸心と
平行に形成してある。ロータリージョイント１１を介し
て送給された伝熱油は、左側のジャーナル８の内部に設
けられた送給通路１４を介して第１送給路１２へ送り込
まれ、右側のジャーナル９に設けたグルーブ１５で反転
案内されて第２送給路１３へ循環流動し、左側のジャー
ナル８の内部に設けられた回収通路１６を介して回収さ
れる。 【００１３】加熱ロール５の熱伝導特性と機械的強度を
向上するために、シェル１０は高炭素クロム鋼を素材に
して鍛造により形成し、得られたブランクシェルに各種
の熱処理や機械加工を施して形成する。素材となる高炭
素クロム鋼の化学的組成は、Ｃ／0.７０〜1.２０％、Ｃ
ｒ／1.２０〜3.００％、Ｍｎ／0.３０〜0.８０％、Ｓｉ
／0.３０〜0.８０％、Ｎｉ0.７５％以下、Ｍｏ0.１％以
下とし、上記の元素以外は、鉄基合金の不純物を除く鉄
とする。不純物として主なものはＰおよびＳであるが、
脆化防止のためにＰは0.０３％以下、Ｓは0.０３％以下
となるようにする。なお、各組成物の比率は重量％であ
る。 【００１４】上記の組成において、Ｃは炭化物を生成し
硬さを得るための必須成分であるが、多量に添加する
と、耐磨耗性は向上できるものの、靭性および鍛造性が
低下するので、0.７０〜1.２０％とするのが好ましい。
ＣｒはＣと結合して複合炭化物を形成し、耐磨耗性の向
上に大きく寄与できるうえ、基地中に固溶して焼き入れ
性を向上できる。しかし、多量に添加すると靭性の低下
を招くうえ、低硬度のクロム炭化物が過多となって耐磨
耗性が低下するので、1.２０〜3.００％とするのが好ま
しい。Ｍｎは脱酸剤として添加するが、焼き入れ性の向
上にも寄与できる。但し、多量に添加すると、Ｍｎ化合
物（ＭｎＳ）を析出して靭性の低下を招くうえ、残留オ
ーステナイトが生じやすいため、安定した硬さを維持で
きない。ＳｉはＭｎと同様に脱酸剤として添加するが、
炭化物の微細化と焼き入れ性の向上にも役立つ。さら
に、固体基地を強化し降伏点を高めることにも役立つ。
しかし、多量に添加すると、熱伝導性の低下と靭性の低
下を招く。Ｎｉは焼き入れ性の向上や結晶の微細化によ
る靭性の向上に寄与する。しかし、大量に添加すると残
留オーステナイトが増加し、靭性の低下を招く。Ｍｏは
焼き入れ性の向上に効果があるが、その添加量が多い
と、靭性を低下させる。 【００１５】シェル１０は以下の過程を経て製造する。
まず、高炭素クロム鋼に鍛造加工を施してブランクシェ
ルを形成するが、１０００〜１２００℃に加熱維持し鍛
造することにより、鋼塊凝固時の結晶の偏析を消滅させ
る。鍛造後に９００〜１０００℃で焼ならし処理を施
し、網状炭化物を消失させるか、切れ切れにして基地を
微細なソルバイト組織に改質する。次に、焼き入れ後の
組織を好適化するために、球状化焼鈍処理を行う。この
球状化焼鈍処理においては、シェルブランクを変態点の
直上（約７８０℃）と直下（約７２０℃）の温度帯に長
時間保持して冷却する。得られたシェルブランクは、抗
張力が６０kgｆ／mm2 以上、熱伝導率が0.１０ｃａｌ／
cm．ｓ．℃以上、弾性係数が２１０００kgｆ／mm2 以上
であることが好ましいが、実際に製造されたシェルブラ
ンクの物理特性は以下のとおりであった。 抗張力・・・・６８kgｆ／mm2 熱伝導率・・・0.１０３ｃａｌ／cm．ｓ．℃ 弾性係数・・・２１３００kgｆ／mm2 熱膨張係数・・１1.５×１０-6／℃ 比熱・・・・・0.11ｋｃａｌ／kg．℃ 降伏点・・・・３６kgｆ／mm2 伸び・・・・・２０％ 【００１６】次に、オーステナイト領域まで加熱し、焼
き入れを施してロール表面を硬化処理する。この後、急
冷に伴う内部応力の除去、および靭性の改善のためにＡ
C1点以下の適当な温度に再加熱して、焼き戻し処理を施
す。得られたロールの表面硬度はＨｓ７５°であった。 【００１７】上記のように、この発明においては、シェ
ル１０を鍛造によって形成したうえで、ロール表面を焼
き入れにより硬化させることにより、必要な硬度と耐磨
耗性とを発揮できるようにするので、従来のチルドロー
ルのチル層に比べて熱伝導率が2.０〜1.７倍、抗張力が
1.７〜1.９倍、弾性係数が1.６８〜1.７倍にそれぞれ増
強され、しかも、ロールの表面硬度も必要な硬度を上回
るシェル１０を得ることができる。つまり、カレンダー
加工に不可欠な表面硬度と耐摩耗性を備えていながら、
熱伝導率が高く、従って加熱ロール５を所定の温度に昇
温させるための準備作業を短時間で行うことができ、し
かもチルドロールに比べてシェル１０の抗張力を大きく
して、従来の加熱ロールに比べて高温、高圧の条件でカ
レンダー加工を行える加熱ローラーが得られることとな
った。 【００１８】具体的には、伝熱油による温度上昇速度は
３６０℃／Ｈが可能であり、シェル１０に加熱ストレス
を与えない実用温度ですら１８０℃／Ｈを実現でき、チ
ルドロールの温度上昇速度が６０℃／Ｈであるのに比べ
て、加熱ロールの加熱準備作業に要する時間を３分の１
〜６分の１に短縮できる。シェル１０の弾性係数、およ
び抗張力のいずれもが、チルドロールに比べて数段大き
いので、最大ニップ圧を問題なく大きくでき（Ｍａｘ４
００kgｆ／cm）るうえ、シェル１０の加熱温度をさらに
高温化（〜２５０℃）できる。しかも、高温時の過酷な
熱応力にも問題なく耐えることができる。従って高温、
高圧の加工条件下であっても、適正にカレンダー加工を
行える。また、より直径の小さな加熱ロールでより高い
ニップ圧を発揮できるので、カレンダー装置を小形化で
きる点でも有利である。 【００１９】カレンダー装置に適用される弾性ロール６
としては、各種のクラウンコントロール型の鉄ロールの
周面に、ポリウレタン系、エポキシ系、ポリエーテル系
などの厚さ１０〜３０前後のプラスチックカバーを巻層
したロールが適用される。上記のカレンダー装置を用い
てカレンダー加工を行う事により、最高線圧４００kgｆ
／cmの条件下でカレンダー処理を行えるうえ、紙ウェブ
Ｗの最大送り速度を１８００ｍにまで向上できた。な
お、カレンダー加工の対象ウェブとしては、新聞紙、上
質紙、中質紙、グラビア紙などの非塗工印刷用紙や、塗
工用印刷紙がある。 【００２０】上記の実施例以外に、加熱ロール５は、伝
熱油が片方のジャーナル８からシェル１０内の通路１４
・１６を介して他方のジャーナル９へ向かって一方向へ
のみ流動するように構成してあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】カレンダー装置の概略側面図である。
【図２】加熱ロールの正面図である。
【図３】加熱ロールの縦断正面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
５ 加熱ロール
６ 弾性ロール
８・９ ジャーナル
１２ 第１送給路
１３ 第２送給路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉本 正勝
大阪府大阪市中央区南本町４丁目１番１号
株式会社淀川製鋼所内
Ｆターム(参考） 3J103 AA02 AA47 AA85 BA09 EA20
FA20 GA26 HA03 HA32
4L055 CG03 CG04 CG05 CH02 CH03
EA19 EA27 FA30
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 左右一対のジャーナル８・９と、両ジャ
ーナル８・９に締結固定されるシェル１０とを備えてお
り、シェル１０の周面寄り内部にロール軸心と平行な一
群の通路１２・１３を設け、これらの通路１２・１３に
高温の伝熱油を循環させて、高温状態でカレンダー加工
を行う加熱ロール５であって、 シェル１０が、Ｃ／0.７０〜1.２０、Ｃｒ／1.２０〜3.
００を主成分とする高炭素クロム鋼を素材にして鍛造に
より形成されており、 鍛造後のブランクシェルに焼ならし処理と、球状化焼鈍
処理を施して、抗張力が６０kgｆ／mm2 以上、熱伝導率
が0.１０ｃａｌ／cm．ｓ．℃以上、弾性係数が２１００
０kgｆ／mm2 以上に調整されており、 得られたブランクシェルに焼き入れおよび焼き戻し処理
を施して、シェルの表面硬度がＨｓ７５°以上に調整し
てあることを特徴とするカレンダー加工用の加熱ロー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002041263A JP2003247193A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | カレンダー加工用の加熱ロール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002041263A JP2003247193A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | カレンダー加工用の加熱ロール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003247193A true JP2003247193A (ja) | 2003-09-05 |
Family
ID=28658922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002041263A Pending JP2003247193A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | カレンダー加工用の加熱ロール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003247193A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007504366A (ja) * | 2003-09-01 | 2007-03-01 | メッツォ ペーパー インコーポレイテッド | 熱ロール |
| CN103061195A (zh) * | 2011-10-18 | 2013-04-24 | 美卓造纸机械公司 | 导热辊及其制造方法 |
| CN108973480A (zh) * | 2018-10-19 | 2018-12-11 | 常州市武进广宇花辊机械有限公司 | 防漏油加热压花辊 |
| WO2020085542A1 (ko) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 주식회사 하이낸드 | 오실레이팅 히트파이프를 갖는 코루게이터 및 그 제조방법 |
| DE102015121002B4 (de) | 2014-12-17 | 2024-03-14 | Valmet Technologies, Inc. | Mit einem Glättzylinder ausgestattete Faserbahnmaschine |
-
2002
- 2002-02-19 JP JP2002041263A patent/JP2003247193A/ja active Pending
Cited By (6)
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