JP3056609U - 変形制御ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレスニップを形成する変形制御ロールにお
いて、操業時のニップの振動、及びこれに伴う運転上の
不具合を解消して操業の安定性を向上するものを提供す
ることを課題とする。 【解決手段】 対向するロールとプレスニップを形成す
る変形制御ロールであって、長い管状のロール殻、ロー
ル殻を通って縦方向に延びる長い支持軸、及び殻に面し
て開放された静圧油の境界面を有するピストンの如き、
軸と殻の間の流体制御による負荷支持手段を有する。ロ
ール殻は繊維強化のマトリクス材で構成され、繊維とマ
トリクス材との複合材による複数の環状層を備える。こ
れにより、殻は比較的軽量で低いクロスマシン方向曲げ
剛性を有する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、製紙機械プレスにおいて対向するロールとプレスニップを形成する ために使用される形式の変形制御ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】

製紙機械において走行するウエブを脱水するために使用される形式の従来のプ レスでは、ロール接触長さに沿って実質的に均一な線のニップ負荷を生じさせる 要件のために、二以上のプレスロールが共にプレスし合うように用いられる。

【０００３】 この線負荷は、またニップ圧とも呼ばれ、通常巾１インチ当りのポンド数で計 測されるが、適用される負荷の相違によりロールの変形に差違が生ずるため平坦 なロール上でも全部が均一にはならない。特定の負荷による変形を補償するには 、平坦なプレスロールの外形を変えたりクラウンを設けることができるが、その 場合のニップ圧は他の負荷に対するニップに沿う場合は均一にはならないであろ う。

【０００４】 種々のニップ負荷において均一なニップ圧を得るためのこの問題の解決は、変 形制御ロールを使用することである。時に、この型のロールはクラウン制御ロー ル、又はＣＣロール、と呼ばれる。このロールにおけるニップ圧形状は、ロール 内部から殻に適用される圧力を増加させ又は減少させて調整することができる。

【０００５】 このようなロールの構成は、内部を同心に延びる中央軸により支持されたロー ル殻と、ニップ線に対向して前記軸とロール殻の間に流体制御による負荷支持手 段を設けている。

【０００６】 前記軸からロール殻内表面に力を伝えることによりニップを負荷する種々のニ ップ負荷装置が採用されてきた。これらの装置は、ニップを負荷すると共に、場 合に応じて、ニップを均一にしたりその他の制御を行う調整可能なクラウンを得 るようにニップ長さに沿って負荷を制御する。

【０００７】 ある形態では、ニップに適用される支持圧力は、油で潤滑されるシューにより 与えられるが、この場合油の圧力とシューに働く力はニップに対向して制御され 調整できるようになっている。この型の構成では、殻は典型的に重い鋳造された 金属により形成され、必要な寸法及び内外面の平滑度に機械加工される。

【０００８】 鋳造されたロール殻、シュー及び軸と給油管を含む完全な変形制御ロールを形 成する質量は、ニップ振動に影響する。ある構成では、ロール殻は合成材のカバ ーで被われているが、この振動がロールカバー、並びにウエブと共にニップを通 過するフェルト、に波形を生じさせる。大部分の波形及びロールバウンドの問題 はロールカバーの弾力の回復時間に関係する。

【０００９】 この問題に対する一つの部分的解決は、中央軸に摺動自在に枢支状に設けられ た支持リングにロール殻を支持する転がり軸受を設けることである。それからニ ップを負荷するシューがロール殻を押しあげ、係合するロールと接触させる。こ のような構成は、振動する総重量を減少させる一方、ロールの固有振動数を下げ 、好ましくない。

【００１０】 ニップを負荷するシューは、殻を押しあげ係合するロールと接触させるために 使用されてきたが、この構成では中央軸と取付部は、ロール殻と機械的に結合さ れていないため、ロール殻がニップ方向において半径方向に動く時ニップ振動に 参画しない。これはプレスニップに働く慣性質量による負荷を減少させる。

【００１１】 軸受は可動の支持具、又は軸受リング、に設けられ、それ故中央軸には直接支 持されていないので、ニップ形状の輪郭を変えるのに必要な曲げモーメントを減 少させるためには対向する端部シューを付加せねばならない。これらの対向シュ ーは、殻に対し回転抵抗力を増加させる。

【００１２】 シューは従来のクラウン制御ロールでは回転軸受よりもロール中央近くに位置 しているため、曲げモーメントは減じられ、かくしてクラウン制御は限定される 。更に、質量のある殻はそれ自体の質量によってフェルトやロールカバーにいく らかの損傷を及ぼすことがあり、これがニップ振動中のニップ負荷に影響を与え る。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

従って本考案の課題は、従来利用されてきた構造における問題点を回避する改 良された構造のクラウン制御ロールを提供することである。

【００１４】 本考案の別の課題は、ニップ振動の問題及びそれに伴う運転上の問題を減少さ せるために質量を大巾に減少させたクラウン制御ロールを構成する改良されたロ ール殻を提供することである。

【００１５】 本考案の更なる課題は、殻の質量が従来の鋳造された金属の殻によるものより も実質的に小さく、殻の厚みが減じられ、かつ、クロスマシン方向の剛性が低い 独自の殻構成を有する改良されたクラウン制御ロールを提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案によるクラウン制御ロールは、中央軸と、液圧で作動するシューの如き 、液圧によるクラウン制御支持装置が設けられている。ロール殻は、繊維強化樹 脂で形成されている。

【００１７】 本考案の構成による殻は、同寸法の従来の鋳造による金属殻の重量の約２０％ の重量であり、殻の厚みを減少させれば従来の鋳造による金属ロール殻の重量の 約１０％未満とすることができる。殻の応力は圧縮応力が支配的であるので、厚 みの減少が可能となる。質量の減少によりプレスニップがフェルト及びロールカ バーを損傷する可能性は大巾に減少する。

【００１８】 ロール殻は、内層、中間層及び外層からなる。各層はマトリクス材と繊維の複 合材で形成される。マトリクス材は、繊維を望みの場所及び向きに結合保持する と共に負荷を繊維から繊維に伝える化学的に不活性の膠状の構造物である。マト リクス材はまた、温度及び湿度の上昇による損傷から繊維を保護する。

【００１９】 三つの層のうち、内層は、好ましくは方向の不揃いな、耐摩耗性の高繊維と耐 熱性の流体不浸透性のマトリクス材からなる。内層の内表面は、潤滑の喪失、混 入する油の如き液体、応力及び剪断から繊維を保護し支持し易いように大部分又 は全部をマトリクス材で形成される。

【００２０】 中間層は、最大の環状強度を与えるため繊維が実質的に円周方向に揃えられて いる。

【００２１】 外層は、繊維が不揃いに配されたマトリクス材からなる複合材である。特に外 層用に好ましいマトリクス材の例としては、エポキシ、ポリエステル、フェノー ル樹脂、ポリアミド及びピスナライミドである。外層に好ましい繊維は、アラミ ド、セラミックス、ガラス、グラファイト、パラアラミド及びメタアラミドであ る。

【００２２】 マトリクス材は高い衝撃強度及び破断抵抗で選択される。これは、共に製紙機 械におけるロールの運転に有害なロール表面の窪みや破壊の発生を防止するため である。

【００２３】 好ましい高い強度及び応力、高い耐摩耗性の繊維の例は、アラミド、セラミッ クス、ガラス、グラファイト、パラアラミド及びメタアラミドである。好ましい 不浸透性、耐熱性のマトリクス材の例は、強化されたエポキシ、ウレタン、熱可 塑性プラスチックス、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（硫化 ポリフェニレン）及びナイロンである。

【００２４】 このような高い強度及び耐摩耗性の繊維及び耐熱性、不浸透性のマトリクス材 は、運転時に液圧で作動するシューと摺動摩擦し、作動油の混入が予想される内 層に使用することが好ましい。

【００２５】 その他の目的、利点及び特徴は、明細書、実用新案登録請求の範囲及び図面に よる、考案の実施の形態を参照した、本考案の原理の教示により、本考案の範囲 内であることを意図された同等の構成のものとして、明らかにされよう。

【００２６】

【考案の実施の形態】

図１及び図２に示された如く、変形制御ロールのプレス組立部は、軸受１２及 び１３で支持された軸上に回転自在に設けられた係合する上部プレスロール１１ を含む。

【００２７】 下方の変形制御ロール１０は、上部プレスロールとニップを形成する。ロール の位置は、場合により、係合するロール１１の上に変形制御ロール１０がある逆 の形にすることもある。

【００２８】 変形制御ロールは、内部を軸方向に延びる支持軸１５を有する回転自在の殻１ ４を含む。支持軸は回転せず、球面軸受１７，１８によりフレーム１９，２０に 支持され、プレスロール１０，１１間のニップＮにかかる力の負荷を受ける時の ロール１０の曲げ及び支持軸の撓みを許容するようになっている。

【００２９】 ニップ負荷は、ロール殻と軸１５の間のピストン１６の如き、ニップ中の力を 制御する上向きの力を与える液圧制御手段により制御される。ある程度のニップ 形状の制御もこの手段で行うがことできる。

【００３０】 ロール殻の端部には、一方端で符号２１で示したような軸受があり、他方端に も類似の軸受がある。これらの軸受はロール殻端部を軸及びニップＮと共に一直 線上に維持している。

【００３１】 ロール端部をニップ及び支持中央軸と一直線上に維持することを確保するため に、ロールの各端部の軸受は軸受リング２４上に設けられており、軸受リング２ ４は軸台２５内に設けられた枢支ピン９により枢支状に中央軸１５に取付けられ ている。図２において、軸受リングは理解のため分割されて示されている。

【００３２】 中央軸１５の各側面は、互いに平行な平らな表面２２，２３をなし、軸の各端 部に軸台２５を設けることを容易にしている。軸の各端部における軸台の反対側 の側面には、Ｕ字形の案内部材２５′があり、これが軸受リング２４と係合して 枢支走行通路内に案内すると共に軸方向の推力支持を提供している。

【００３３】 ロール殻１４の内表面にニップを負荷する力を与える種々の形のニップ負荷支 持手段がニップを負荷するために提供されているが、支持軸上に縦方向、即ち、 クロスマシン方向に間隔を置いて軸１５上に支持された一連の液圧作動の静圧シ ュー３２による一形式が図に示されている。シューは希望する形のニップ負荷に 応じて均一的に又は種々の形で負荷を与えることができる。

【００３４】 ニップを負荷する液圧は、図３における軸１５内を通る一本の中心核通路２６ 、又は一連の液圧通路（示されていない）を通る油の如き作動流体を供給する液 圧ポンプ（示されていない）によって提供される。中心通路２６は、各ピストン ３２の底部のシリンダ室２８に連なる垂直に延びる個々の立上り通路２７を有す る。

【００３５】 ピストン３２は製紙業界では時にシューと呼ばれている。シリンダ室２８内の 作動液圧は負荷を支持するためシュー３２を上方に押上げると共に、定常の潤滑 と静圧的流体支持を確保するため、圧力をもった作動流体はピストン内の、時に キャピラリチューブと呼ばれる、通路２９を上向きに通って、ロール殻１４の内 表面に面するシュー３２の表面にあるポケット３０，３１に運ばれる。

【００３６】 場合により、対向する負荷シュー３４が設けられる。このシューの機能の一つ は、殻が逆配置、即ち、変形制御ロールが平らなロールの上にある場合に、ロー ル殻を押圧することである。他の通路３３は中心核通路２６からピストン３４ａ の底部のシリンダ室２８ａに連なり、ピストン内を通る通路３５は、ロール殻の 内表面に面するシュー３４の表面にある潤滑ポケット３６，３７内に開口してい る。

【００３７】 ピストン３４ａに伝達された流体は、ロール殻を押圧することができるように 制御可能であり、運転時にはニップを負荷するシュー３２がニップ負荷機能を果 たし、適正なニップ圧形状を提供できるように圧力制御がなされる。

【００３８】 図３及び図４に示された変形制御ロール殻１４は、軽量のマトリクス材と繊維 の複合材により構成されたもので、好ましくは同心の環状の層をもった多層のも のがよい。ロール殻は、例としてエポキシのような繊維強化マトリクス材で作ら れ、その総重量は同じ厚みの鋼製の従来の変形制御ロールの重量の２０％に過ぎ ない。

【００３９】 実際には、殻の厚みを機械的安定性のために必要な最低値に減らした場合、通 常の鋼製殻の重量の１０％未満の重量にすることができる。殻の厚みの減少は、 殻の応力は圧縮応力が支配的であり、複合材の殻が圧縮応力に容易に耐えること から可能となる。質量の減少は、フェルトやロールカバーに対するプレスニップ による損傷の可能性を大巾に減少させる。

【００４０】 殻は中間層における強化繊維４０で製造され、この強化繊維は図４に示された 如く円周方向に向きを揃えて埋め込まれている。これは、殻のクロスマシン方向 の曲げ剛性を増加させないまでも殻の環状方向の剛性を増大させる。

【００４１】 これは殻がよりたやすく曲げられることを可能とし、ロール殻端部近くでシュ ー負荷を対向的に作用させる必要性を排除する。高い環状方向の剛性は、本来の 円筒状ロール殻の形状を維持する。

【００４２】 この殻の構成による別の利点は、バランシングの容易さである。殻は精密かつ 平滑な心金で製作される。これは殻を穴明けで作る必要性を排除する。また、質 量を減少させることはインバランス力の発生の可能性を減少させる。

【００４３】 複合材の殻は、元来高い振動減衰係数を有する。マトリクス材と繊維の適正な 選択は、化学的に不活性の耐摩耗性、耐衝撃性、不浸透性の殻を提供する。複合 材におけるマトリクス材の本来の構造的特性（即ち、繊維間で応力を伝達し耐摩 耗性を提供する能力）及び繊維の本来の構造的特性（即ち、引張強さを提供し、 負荷を分散させる能力）により、疲労破壊は大きな問題とはならない。疲労破壊 は、典型的に緩慢に進行する破壊として現われる。

【００４４】 複合材ロール殻は高い耐摩耗性繊維と耐熱性、不浸透性の複合マトリクス材の 内層３９を有する。この内層構造は、油の混入や潤滑の一時的喪失による殻破損 を最少化するために使用される。

【００４５】 内層を構成する好ましいマトリクス材は、強化されたエポキシ、ウレタン、熱 可塑性プラスチックス、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ及びナイロンである。内層に好ましい 繊維は、アラミド、セラミックス、ガラス、グラファイト、パラアラミド及びメ タアラミドである。内層の内側表面は、繊維のない又は繊維の少い材料で被われ たマトリクス材で形成することが好ましい。

【００４６】 複合材殻の中央核層４０（即ち、中間層）は高強度繊維で形成される。この繊 維は、内表面層の上に主に円周方向に揃えられた繊維を巻付けられている。この 構造は、殻の円形が歪むのを防ぐ高い殻剛性を生じさせる一方、ロール殻のクラ ウン又は変形を容易に制御し得るようにロールの曲げに対して低い抵抗性を提供 する。

【００４７】 中央核層、即ち中間層、に好ましい繊維は、アラミド、セラミックス、ガラス 、グラファイト、パラアラミド及びメタアラミドである。中央核層、即ち中間層 、に好ましいマトリクス材は、強化されたエポキシ、ウレタン、熱可塑性プラス チックス、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（硫化ポリフェニ レン）及びナイロンである。

【００４８】 複合材殻の外層３８は、耐衝撃性、耐摩耗性及び外表面のクラウン形状を維持 するため定期的に研削することのできる表面を提供する繊維とマトリクス材の複 合材で形成される。外層に好ましいマトリクス材は、強化されたエポキシ、ウレ タン、熱可塑性プラスチックス、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、Ｐ ＰＳ（硫化ポリフェニレン）及びナイロンである。

【００４９】 外層に使用するのに有用から好ましい他のマトリクス材は、エポキシ、ポリエ ステル、フェノール樹脂、ポリアミド及びピスナライミドである。外層に好まし い繊維は、アラミド、セラミックス、ガラス、グラファイト、パラアラミド及び メタアラミドである。

【００５０】 運転では、ニップは閉じられており、プレスされるウエブはニップＮを通って 通紙される。シューは油圧で負荷され所用のニップ負荷を維持する。ニップを負 荷するシューは、クロスマシン方向に供給される作動流体圧によりニップ圧形状 に合った調整がなされるように分割し、又は更に細分し、又は制御することがで きる。

【００５１】 ロール殻は、ニップを製紙機械の脱水部に使用する場合、現在の高速製紙機械 に合わせるために比較的高速で回転される。比較的軽量のロール殻は運転寿命を 長期にすることができ、クロスマシン方向における比較的低い曲げ剛性を有する 。

【００５２】 殻の各層は、高い耐摩耗性と耐熱性の複合材を内表面に設けるように選定され るので、油の混入や潤滑の一時的喪失による殻の破損は最少化される。殻の高い 環状方向強度により、殻は長期の運転寿命をもって改良された機能を提供すると 共に、鋳鋼製の殻の場合に必要な巨大な造型設備や巨大な機械加工設備を必要と せずに殻を製作することができる。

【００５３】 鋼製の殻ではゴム又は剥離性の高い材料の外面コーティングを施さねばならな いが、本考案の殻の外表面に選択された樹脂は、特にコーティング層を施すこと なくこれらの特性を有するか、又はこれらのコーティングや材料に合ったより良 い接着性に応じて選択することができる。

【００５４】 かくして、上記の目的及び利点に合致する改良された変形制御ロールが提供さ れた。

【００５５】

【考案の効果】

以上本考案によれば、高い強度と耐摩耗性の素材により質量も大巾に減少し、 また厚みも減少して、クロスマシン方向の剛性を低くした高い強度のロール殻を 採用することにより、ニップの振動及びこれに伴う運転上の不具合を減少、回避 して、操業の安定性の向上を図るようにした変形制御ロールを得ることができた ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】係合するロールとの間にプレスニップを形成す
るクラウン制御ロールの部分的断面図を含む側面図。

【図２】実質的に図１のII−II線に沿った断面図。

【図３】実質的に図１のIII-III 線に沿った断面図。

【図４】ロール殻の構成を示す図３のIV−IV線に沿った
部分拡大断面図。

【符号の説明】

９ 枢支ピン １０，１１ ロール １２，１３ 軸受 １４ ロール殻 １５ 中央軸 １６ ピストン １７，１８ 球面軸受 １９，２０ フレーム ２１ 軸受 ２４ 軸受リング ２５ 軸台 ２５′ 案内部材 ２６ 中心核通路 ２７，３３ 通路 ２８，２８ａ シリンダ室 ２９，３５ 通路 ３０，３１，３６，３７ ポケット ３２ シュー（ピストン） ３４ 負荷シュー ３９ 内層 ４０ 強化繊維

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年１０月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 リチャード・ラッセル・ハーガート アメリカ合衆国、イリノイ 61072、ロッ クトン、ラッスラーズ ロー、13738 (72)考案者 グレゴリー・リン・ウェデル アメリカ合衆国、ウィスコンシン 53511、 ベロイト、モーニング グローリー レイ ン、761

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 係合するロールとプレスニップを形成す
   る変形制御ロールにおいて、長い管状のロール殻と；前
   記ロール殻を通って縦方向に延びる長い支持軸と；前記
   軸から前記ニップに負荷力を伝えるべく前記軸上に配さ
   れ前記軸と前記殻の間に延びる流体制御による負荷支持
   手段；の組合せを備え、 前記ロール殻は、耐摩耗性の高い繊維を有する内層を含
   むそれぞれ別個の少なくとも三層の環状層を備え、か
   つ、比較的軽量であり低いクロスマシン方向曲げ剛性を
   有するようにマトリクス材と繊維からなる複合材で構成
   されてなることを特徴とするプレスニップを形成する変
   形制御ロール。
2. 【請求項２】 前記複数の環状層は、比較的軽量であり
   低いクロスマシン方向曲げ剛性を有するように、実質的
   に円周方向に揃えられた繊維を有する、繊維とマトリク
   ス材の複合材で形成された中間層を含んでなることを特
   徴とする請求項１に記載されたプレスニップを形成する
   変形制御ロール。
3. 【請求項３】 前記複数の環状層は、比較的軽量であり
   低いクロスマシン方向曲げ剛性を有するように、化学的
   に不活性の耐衝撃性、耐摩耗性の研削可能な材料であ
   る、繊維とマトリクス材の複合材で形成された外層を含
   む複数の環状層を含んでなり、かつ、前記繊維の少くと
   も一部は実質的に円周方向に延びてなることを特徴とす
   る請求項１に記載されたプレスニップを形成する変形制
   御ロール。
4. 【請求項４】 前記内層のマトリクス材は耐熱性のマト
   リクス材からなると共に、前記内層の内表面は前記シュ
   ーと内表面の間の改良された摺動摩擦と油の混入に対す
   る不浸透性を提供するようなマトリクス材で実質的に全
   面を形成されてなることを特徴とする請求項１に記載さ
   れたプレスニップを形成する変形制御ロール。
5. 【請求項５】 前記複数の環状層は、同心の外層、中間
   層及び内層を有し、前記中間層は繊維が実質的に円周方
   向に揃えられた、マトリクス材と繊維の複合材からな
   り、かつ、前記殻の内層は耐熱性のマトリクス材と繊維
   の複合材で形成されてなることを特徴とする請求項１に
   記載されたプレスニップを形成する変形制御ロール。
6. 【請求項６】 前記複数の層の少くとも一つにおける繊
   維は、アラミド、セラミックス、ガラス、パラアラミド
   及びメタアラミドのグループから選択されると共に、前
   記少くとも一つの層におけるマトリクス材は、エポキ
   シ、ポリエステル、フェノール樹脂、ポリアミド、ビス
   ナライミド、強化されたエポキシ、ウレタン、熱可塑性
   プラスチックス、ポリエーテルエーテルケトン、硫化ポ
   リフェニレン及びナイロンのグループから選択されてな
   ることを特徴とする請求項１に記載されたプレスニップ
   を形成する変形制御ロール。