JPH0375676B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は一般に回転加圧ロールによる紙、プ
ラスチツク及びその他の材料の処理に関し、特に
１つ以上の加圧ロールが作用する材料ウエブの厚
さを制御する装置及び方法に関する。

（従来技術） 紙、プラスチツク及び繊維性素材等シート材料
の処理では、回転加圧ロール等の協働加圧エレメ
ント間に形成されるニツプ（挟隙）に材料を通す
ことによつて材料の特性を変更できる。例えば、
カレンダロールの間に紙のウエブを通すことで、
紙の厚さ、密度及び表面特性を変えられる。圧縮
作用の一様性は、ロールの局部的直径つまり局部
的なニツプ圧力を調整することによつて制御され
る。ロールは一般に温度に伴つて膨張・収縮する
素材で作られており、ロール径はロールの異つた
部分を局部的に加熱及び／又は冷却することによ
つて制御される。

最近のシート処理機は、基本質量、水分及び厚
さ等シートパラメータの正確な測定を、処理機の
方向（つまりシートの移動方向）と直交方向の両
方向で可能とするコンピユータベースの測定装置
を備えるようになつた。大抵の場合、基本質量と
水分は処理機方向の変化に対し閉ループの制御下
にあるが、質量、水分及び厚さの直交方向におけ
る制御は困難であつた。この困難の理由の１つ
は、圧力ロールの局部的な加熱を制御する有効で
確実なアクチユエータがないことに基いていた。

紙の製造では、リールの硬度及び形成に及ぼす
影響のため厚さが最も重要である。厚さの変化に
加え、質量と水分の不良な分布もリールの形成に
問題を引き起す。しかしこうした原因に関わりな
く、直交方向の厚さを調整するのにカレンダスタ
ツクがこれまで使われてきた。これらの調整は、
カレンダロールを横切る方向の選定位置に熱を印
加又は除去し、ロール径に局部的な変化を生じる
ことによつて行なわれている。ロールを加熱し局
部的な膨張を引き起すのに摩擦パツドや加熱ラン
プが使われているが、これらの加熱エレメントで
得られる制御の精度は比較的粗い。更に、摩擦パ
ツドはロール表面を摩擦し易く、従つて本来の目
的が損われてしまう。径を制御するのに、高温又
は低温空気のジエツトをロールの局部的な領域に
差し向けることも行われている。つまり、高温空
気のジエツトがロールの局部的な膨張を生じ、低
温空気のジエツトが局部的な収縮を生じる。

リールの形成が重要なため、閉ループの制御装
置が直交方向の厚さを制御するのにも使われてい
る。空気ジエツト方式では、空気ジエツトを制御
するのにソレノイド動作弁を用いて自動制御が達
成されている。各弁の動作は、処理紙のモニター
されている特性に基きコンピユータによつて制御
される。しかしこの方式には、一定の限界と欠点
がある。つまり、電気機械のインターフエイスが
故障し易く不必要に複雑で、個別の高温及び低温
空気装置を用いたとしても、空気ジエツトでは直
交方向の分布を充分制御するのに必要な範囲と分
解能が滅多に得られない。

米国特許第4384514号は、誘導電流によつてロ
ールの極所的部分を加熱する誘導加熱装置を記し
ている。この装置は比較的迅速な温度上昇を与え
るが、低温空気ジエツト等何等かと補助冷却手段
を用いないと、ロールの冷却が比較的遅い。

（発明の目的） 一般に、本発明の目的は新規の改良された厚さ
の制御装置及び方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、従来技術の制御と欠点を
解消した上記特性の新規で改良された厚さ制御装
置を提供することにある。

（発明の構成） 上記及びその他の目的本発明によれば、対流、
放射及び衝突の組合わせによつて加圧ロールを局
部的に加熱・冷却することによつて達成される。
円筒状に彎曲した面板がロールの表面に直近して
対向配向され、空気が離間した複数の開口を介し
面板とロール間の領域内に放出される。空気は連
続的に流れ、単一の供給源から室温で得られる。
個個に制御される加熱エレメントによつて、各放
出開口を通過する空気が加熱され、ロールの局部
的な加熱及び冷却を制御する。

（実施例） 図面中、本発明は紙処理機用の厚さ制御装置に
関連して示してあり、紙ウエブ１１が２つのカレ
ンダロール１３間に形成されたニツプ１２を通過
する。カレンダロール間を通過後、紙ウエブは巻
取られリール１４を形成する。リールの形成処理
中、センサ１６がリールの硬度と一様性をモニタ
ーし、これらのパラメータを表わすデータがコン
ピユータ１７に与えられる。コンピユータと電力
コントローラ１８が１つ以上のアクチユエータ１
９の動作を制御し、温度つまりカレンダロール１
３の径を制御する。

第２、３図に示すように、各アクチユエータ１
９は凹状の前面を持つた軸状に細長い円筒状に彎
曲した面板２１を備え、該凹状前面は対応したカ
レンダロールの外表面に対抗している。面板はカ
レンダロールと同軸状に位置し、面板の前面はロ
ールの表面に体し直近して（例えば1/2インチ
（1.77cm））離間している。

空気を高速（例えば８〜10000ft／sec（７〜
9000cm／sec））で、面板とロール間の領域内へ連
続的に放出する手段が設けてある。この手段は、
面板の後方に位置したプレナム室２２と、面板に
形成された複数放出開口２３を具備する。各放出
開口は、長さ約３インチ（7.62cmで巾約0.030イ
ンチ（0.076cm）の細長いスロツト状態開口はそ
の長さ方向をロールの軸と平行に配置されてい
る。開口２３を通過する空気の速度は比較的高い
が、空気流の容量は比較的低く（例えばアクチユ
エータの直交方向１フート当り75cfm）、従つて
各加熱エレメント３１に必要な電気入力は小さく
てよい（例えばアクチユエータの直交方向１フー
ト当り10KW）。これらの加熱エレメントは後に
詳述する。プレナム室内の圧力は水位計で約４イ
ンチ（10.2cm）で、ブロワー２４は比較的小型に
できる（例えばアクチユエータ１フート当り
1hp）。

放出開口２３は面板内で、円周方向に離間しか
つ軸方向に延びた２列状に配置されている。これ
ら２列の一方は面板の上端縁近くに位置し、他方
は上下両端縁の中央に位置する。図示の実施例で
は、ロールは矢印２６で示すごとく反時計方向に
回転する。ロールが反対方向に回転するときは、
開口列の一方を面板の下端縁近くに位置し、他方
を中央に位置させる。

放出開口２３は面板とロール間の領域内へ空気
を放出し、この領域内におけるロール表面の移動
方向に沿つた速度成分が生じるように配向されて
いる。図示の実施例では、ロール表面が下向きに
移動するので、放出開口は下向きの角度を持つ。

複数のバツフルバー２８が面板２１の前面から
付き出ている。これらのバツフルバーは縦方向に
延びたリブから成り、放出開口２３と一致して垂
直方向に並ぶ複数の列状に配置されている。後に
詳述するように、バツフルバーつまりリブは、面
板とロール間で空気を乱流状態に維持する役割を
果すと共に、面板前面からの放射熱伝達を高め
る。

又開口２３を通過する空気を選択的に加熱し、
カレンダロールの局部的な加熱又は冷却を行う手
段が設けてある。この手段は、プレナム室２２の
前方に向かつて面板２１の後方に取付けられた複
数の個別に制御可能な加熱エレメント３１を具備
する。加熱エレメントはカレンダロールの半径に
対しほゞ垂直方向に延び、スロツト２３の後方に
位置してスロツトに運ばれる空気を加熱する。例
示の実施例において、加熱エレメントは複数のフ
インを備えた電気抵抗加熱エレメントから成り、
空気は放出開口へ向かつて移動するとき、それら
のフインを通つて流れる。各放出開口毎に２つの
加熱エレメントが設けられ、これら各開口毎の２
加熱エレメントは並びて取付けられ電気的に直列
に接続されている。

現時点で好ましい一実施例では、アクチユエー
タ１９がモジユール状に構成され、複数のモジユ
ール状加熱ユニツト３３が内部にプレナム室が形
成される枠又はハウジング３４に取付けられる。
各加熱ユニツトは約１フート（30cm）の長さづつ
面板の一部を含み、各列に４つの放出開口、つま
り８つの加熱エレメントが存在する。従つて例え
ば、８フイートカレンダロールの場合には、８つ
の加熱モジユールが使われる。

本発明による厚さ制御装置の動作と使用法、及
び本発明の方法を次に説明する。ブロワー２４は
連続的に動作し、空気は全ての放出開口２３を連
続的に通過する。カレンダロールを局部的に加熱
したいときは、加熱すべき領域内の加熱エレメン
トを付勢し、その領域内の開口を通過する空気を
加熱する。開口を通つて放出された空気はロール
表面にぶつかり、第２図中矢印８６で示すように
面板とロールの両表面間で前後方向に繰返しはね
返る。ロールの表面にぶつかる高速の空気が、熱
のロールへの伝達を妨げているロール表面近くの
境界空気層を壊す。バツフルバー２８又は凹凸状
表面で形成された同等のリブが、面板とロール間
の空気を乱流状態に維持し、この乱流がより優れ
た熱伝達とロール温度のより良好な制御を与え
る。ロールに、ぶつかる空気によつて与えられる
衝突加熱及び面板のロール間における乱流空気の
循環によつて与えられる対流伝達の他、面板後方
の加熱エレメントと面板プレート前方を循環する
高温空気によつて面板が加熱されるため、面板前
面からの放射によつてもロールは更に加熱され
る。この衝突、対流及び放射加熱の組合せが、容
易に制御でき且つ効率の高いカレンダロールの局
部的な加熱を与える。

カレンダロールの局部的冷却は、加熱エレメン
トが付勢されていない領域の放出開口を通過する
非加熱空気によつて行なわれる。加熱エレメント
は、平常の動作温度よりほゞ50〓（32.2℃）高い
温度にまで、カレンダロールを局部的に加熱でき
る。放出開口を通過する室温の非加熱空気は、ロ
ールの平常動作温度（例えば平常動作温度は80〜
200〓（26.7〜93.3℃）の範囲より10〓 （5.5℃）
だけ低い温度にまでロールを冷却できる。350〓
（176.7℃）で動作するカレンダロールの場合、ロ
ールは50〓（32.2℃）だけ加熱可能又は10〓
（5.5℃）だけ冷却可能である。この装置によれ
ば、１つだけの空気源でよく、その供給源も装置
を使用する部屋の空気でよい。

本発明は数多くの重要な特徴と利点を有する。
まず、室温の空気源を１つだけ用い、この温度で
はプレナム室の熱絶縁を必要としない。空気が全
ての放出開口から同時且つ連続的に放出するの
で、空気が側方へ広がるのを防止でき、局部的な
加熱又は冷却効果が所望の領域内に集中される。
更にこうした加熱又は冷却効果は、高温又は低温
空気をリズルから間欠的に吹出す従来装置に対
し、空気の温度を変えることによつて得られる。
加熱エレメントあ面板のすぐ後方に配置され、そ
こで面板の前面及び開口を通過する空気を加熱す
る。高速の空気がロールを取囲む境界層を壊し、
ロールと面板間にトラツプされる。空気はバツフ
ルバーによつて乱流にされ、この乱流が面板の前
面からロールへ迅速に熱を運ぶのを可能とする。
バツフルバーによつて与えられる粗い前面が面板
からの熱伝達効率を増し、２列の放出開口が乱流
と境界層の破壊を維持する。

第４、５図の実施例は、放出開口の代替型を示
している。この例で、変更面板２１′は放出開口
として、円周方向に離間し軸方向に延びる列状に
配置された複数の円形孔４１を有する。こゝでい
う方向は全て、第２図に示したカレンダロール１
３の回転軸に関してである。第２図の場合と同じ
く、面板２１′後方に垂直の加熱エレメント３１
が離間して設けられている。この点は第３図に最
も良く示してある。又同図に示すごとく、軸方向
に測つて約３インチ（7.62cm）各区域毎に一対の
加熱エレメントが設けられている。これらの各区
域は勿論、第１図に示した付設のコントローラ１
８によつて個別に制御される。加熱力を増すた
め、追加の一対の加熱エレメント３１を各区域内
に設け、さらに大きい温度差を生じるようにして
もよい。３インチ（7.62cm）の軸方向区域に、
ほゞ2.5RWの電力を加えることができる。勿論、
温度差が大きいほど、熱伝達効率は高まる。

効率を高める本発明の別の変更例として、面板
２１′に複数の円周方向溝４２を設けることもで
きる。これらの溝は面板ほ頂端縁と底端縁の間に
ほゞ延び、実質上軸方向の全長に沿つて相互に離
間している。第５図はかかる溝の断面を示してい
る。この例の利点は、空気がその加熱又は冷却機
能を行なつた後、円周方向の溝４２によつて面板
２１′とロール１３間の領域から容易に排出され
ることにあり、この点は空気を周囲に排出するた
めの低圧チヤネルを形成する上で有効である。

実用的な観点から、密な孔パターンを与えるた
め、面板２１に使われる金属の種類に合わせて孔
４１はできるだけ小さい直径とする。例えばシテ
ンレス鋼の場合、64分の５インチ（約0.2cm）の
直径が適切と認められている。又この直径におい
て、開口率は0.8％〜2.5％の範囲とすべきであ
る。こうした密な孔パターンが密なジエツト衝突
領域を与え、熱伝達効率を向上させる。更に、ロ
ールの円周方向に沿つて約25°を成して面板に形
成された数列の孔が、例えば一列の空気ノズルの
場合と比べ大きい接触面積を与えるため、熱伝達
効率はいつそう高められる。

第２図と同様の第６図は面板の別の実施例を示
しており、この面板２１′は軸方向に一組のＶ字
状溝４６を具備し、各溝４６が矢印４８で示した
方向に空気ジエツトを与える円形孔４７を有す
る。この凹凸状の溝を形成したつまりＶ字状の面
が、衝突効果を高め、従つて熱伝達効率を向上さ
せる。更に、空気ジエツトの速度ベクトル４８
は、ロール１３の回転方向２６と反対の速度成分
を有する。これによつてロール表面に達する相対
速度が増大するため、熱伝達効率が促進される。

（発明の効果） すなわち、本発明の利点を要約すれば、高温又
は低温空気の別個の供給源を用いずに、１つだけ
の空気供給源つまり常温の室内空気を利用する。
本装置の加熱又は熱伝達効率が高いため、上記空
気は室温で使える。この点は、上述した以下の３
つの因子に基いて達成される。

(1) 本発明のアクチユエータはカレンダロールを
部分的に取巻いているので、空気ノズルと比べ
熱伝達領域を多数倍増大させる。

(2) 面板の各設計と複数空気ジエツトの使用によ
つて乱流が強まり、このどちらも熱伝達効率を
向上させる。これにより、例えばフート巾当り
75cfm（メートル巾当り420m³／時間）等の非常
に少い容量の空気で、多量の熱を伝達できる。

(3) 主に加熱エレメントの位置が放出開口を含む
面板に直近していることにより、温度差（△
Ｔ）を非常に大きくできる。従来の高温／低温
装置では、冷却器が本体と別に使われ、高温又
は冷却空気が熱絶縁プレナムに沿つて送られ
る。この輸送中に生じるエネルギーロス又はゲ
インが空気の温度に制限を課す。

室温の空気を使えるということは、空気を連続
的に供給できることを意味する。従つて、平常の
露出面は選択的に加熱されない室温の空気中に浴
される。これによつて、装置はコンパクトにな
り、必要に応じて空気の温度を高めるとができ
る。又全ての露出面にもかかわらず、空気温度は
紙の発火点以下である。

更に前述とごとく、空気が連続的に供給され、
温度だけが変化するという事実は、加熱されてい
る各区域からの空気が隣り合う区域からの空気に
よつて広がるのが防止される。これは加熱空気を
一区域内へ効率的に閉じ込める。以上によつて、
新規の改良された厚さ制御装置及び方法が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による厚さ制御装置の概略図で
ある。第２図は第１図の実施例における１つの圧
力ロールを加熱及び冷却するアクチユエータの幾
らか概略的な断面図である。第３図は第２図のア
クチユエータの一部を破断した部分正面図であ
る。第４図はアクチユエータの別の実施例の部分
正面図である。第５図は第４図の簡略化した側面
図である。第６図はアクチユエータの代替実施例
の幾らか概略的な断面図である。 １……材料（紙）ウエブ、１３……回転加圧ロ
ール、１６……センサ、１７，１８……制御手段
（１７；コンピユータ、１８；電力コントロー
ラ）、１９……アクチユエータ、２１，２１′，２
１″……面板、２３……放出開口、２４……空気
送り手段（バロワー）、３１……加熱エレメント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 材料ウエブを処理する装置において、 材料ウエブに対して圧接し、温度の変化に伴つ
   て直径が変化する回転カレンダロールと、 ロールと同軸状に位置し、軸方向に細長く円筒
   状に湾曲した面板で、その前面がロールの外表面
   に直近対向する面板と、 該面板に沿つて軸方向に離間した複数の放出開
   口と、 該放出開口と流体連通するプレナム手段で、そ
   の一部として前記面板を含むプレナム手段と、 該プレナム手段に対し加圧下で室温空気を送る
   ブロワー手段と、 ロールによつて加圧された後のウエブの厚さを
   モニターするセンサと、 該センサに応答して放出開口を通過する空気の
   温度を複数の軸方向区域に沿つて制御し、ロール
   の各部分を選択的に加熱又は冷却して材料ウエブ
   の厚さを制御する手段と、 から成り、該制御手段が、面板の後方に配置さ
   れ上記各々の軸方向区域に関係する個々に制御可
   能な複数の電気加熱エレメントを含み、該電気加
   熱エレメントが、直近の放出開口を通過する空気
   を選択的に加熱して隣り合う区域の空気に大きな
   温度差を与える、 ことを特徴とする装置。 ２ 温度の変化に伴つて径が変化する回転カレン
   ダ加圧ロールによつて材料ウエブを処理する方法
   であつて、軸方向に細長くロールの表面に直近対
   向する円筒状の湾曲面板の軸方向の複数の区域に
   沿つて配置された、軸方向に離間した複数の開口
   を通じロールへ空気を差し向けることにより上記
   径を変化させるとともに上記軸方向区域の各々に
   おいて面板の後方に電気加熱エレメントを配置し
   た方法において、 室温の１つの供給源から上記放出開口を通じ、
   上記面板とロール間の区域内へ空気の連続流を与
   える段階と、 面板に直近した区域内で上記加熱エレメントを
   付勢することにより上記直近開口を通つて放出さ
   れる前に上記室温の空気を選択的に加熱して、隣
   り合う区域の空気に大きな温度差を与え、その隣
   り合う区域から出る空気の連続流により上記加熱
   された空気の広がりを防止してその加熱空気を前
   記区域の一つに閉じ込める段階と から成る方法。