JPH0841796A - カレンダー用弾性ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 塑性変形回避効果，グロス効果，および平滑
度増大効果等を併せて奏するカレンダー用弾性ロールの
提供。 【構成】 弾性ロール１は、金属芯２の外周面に、ショ
アーＡ硬度が９０〜９９の範囲にあるポリウレタンエラ
ストマーよりなるゴム層３を当該層厚さが５〜１５ｍｍ
の範囲で形成してあり、このゴム層３の外周面に、ショ
アーＤ硬度が７５〜９５の範囲にあるポリユリア樹脂よ
りなる硬質樹脂層４を当該層厚さが４〜１２ｍｍの範囲
で接着剤を介して被着され、ヒートロール６とともに、
板紙７処理用のカレンダー装置を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気テープ，紙材，繊
維材等の被カレンダー材のカレンダー処理に用いられる
弾性ロールに係り、詳しくは処理品の表面光沢度を高め
るグロス効果や表面平滑度を大きくする効果に優れ、且
つ、部分的に重なり合った被カレンダー材を処理した場
合にも永久歪を残すことなくロール形状回復力の優れた
カレンダー用弾性ロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カレンダー装置は、加熱機構を
有する金属製のヒートロールと、金属芯の外周面に弾性
体層を被着してある弾性ロールとで構成されたものがあ
り、これは両ロールを略平行に対接させ、これらの間で
薄板状の被カレンダー材を挟接し高いニップ圧を加えな
がら回転・走行させて被カレンダー材の表面つや出し，
表面平滑化，および充填密度の向上等の目的に用いられ
るものである。このような弾性ロールの弾性体層の材質
としては、例えば製紙カレンダー装置用の場合、ショア
ーＤ硬度が６０〜９５の範囲の比較的硬い弾性体が汎用
されている。

【０００３】ここで、製紙カレンダー装置による板紙の
カレンダー処理態様を図４に示す。図において、弾性ロ
ール１ａは、鉄等よりなる金属芯１２の外周面に、単層
の硬質樹脂層１３を被着してある。また、金属芯１２の
軸心部には、冷却水用の通水管５が貫通して形成されて
いる。この弾性ロール１ａは、その硬質樹脂層１３の外
周面に接して用いられるヒートロール６とともに製紙カ
レンダー装置を構成し、それらの間のニップ部で被カレ
ンダー材である板紙７を加熱・挟圧して板紙７の表面を
平滑化およびつや出し等するものである。

【０００４】かかる弾性ロール１ａは、一般に、ロール
外周面の平滑度が高いこと，高温（約１５０℃）に耐え
使用温度範囲内での硬度低下が小さいこと，被カレンダ
ー材に一定以上の表面平滑度を与える上で十分な硬度を
有すること，高速回転使用条件下での内部発熱が小さい
こと，割れや破壊を生じにくい程度に圧縮強度が大きい
こと，或いは耐摩耗性がよいこと等の諸条件が要求され
る。

【０００５】ところが、弾性ロール１ａは、たとえ上記
の諸条件を満たすものであったとしても、硬質樹脂層１
３が比較的硬くしかも単層であって硬度等の諸特性が均
一であること，および硬質樹脂層１３を直接受けている
金属芯１２が剛体であることから、紙折れ部７ａを生じ
た板紙７（例えば、紙厚＝約０．３５ｍｍ）を挟圧した
場合、それと対応した位置の外周面に局部的な過荷重が
かかり、硬質樹脂層１３の外周面が凹み部１４として永
久的に塑性変形する。また、上記の諸条件を満たす弾性
部材は、一般に弾性限界が小さく、凹み部１４は永久歪
として残り元の形状までは回復しない。そのため、後続
の板紙７の表面に凹み部１４に対応した傷痕を付けてし
まうことがあった。因にこの場合、板紙７を２枚重ねた
程度の重なりであっても、永久歪を生じていた。このよ
うに、硬質樹脂層１３の外周面に凹み部１４を生じた弾
性ロール１ａは、その都度製紙カレンダー装置から取り
外されて硬質樹脂層１３の外周面が研磨処理により平滑
にされていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、紙折れ部等を
挟圧した際の永久歪の発生を抑制して後続の被カレンダ
ー材の傷付きを防止するべく、金属芯の外周に樹脂層を
複数層設けるとともに、外側の樹脂層になるほど硬度の
大きな材質を用いてなる弾性ロールが知られている。こ
のような複数の樹脂層を有する弾性ロールとしては、例
えば特開昭６２−２８２０９３号公報や特開平１−２４
６４６４号公報等に開示されたものが挙げられる。これ
ら開示の弾性ロールによれば、いずれも、紙折れ部等を
挟圧した際の永久歪の発生を抑制して後続の被カレンダ
ー材の傷付きを防止するようになっている。

【０００７】しかしながら、紙折れ部等から受ける圧縮
変形を回避するために、外側弾性層に対して内側弾性層
の硬度を小さくしたり或いは層厚さを大きくしすぎる
と、いわゆるグロス効果等が低下して被カレンダー材の
表面つや（光沢）や表面平滑度等が悪化する。逆に、グ
ロス効果等を向上させるために、外側弾性層に対して内
側弾性層の硬度を大きくしたり或いは層厚さを小さくし
すぎると、紙折れ部等から受ける局部的な圧縮変形を回
避できず外側弾性層の外周面に永久歪が残ってしまうと
いった不都合があった。すなわち、外側弾性層と内側弾
性層における夫々の硬度および層厚さは、諸特性を決定
する上で相互に関連しており、上記の圧縮変形を回避し
つつ、且つ高いグロス効果や平滑度増大効果を得るため
には、これらの硬度および層厚さを不離一体に勘案しな
ければならない。しかしながら、上記開示の弾性ロール
においてはいずれも、相互に関連する硬度および層厚さ
について複合的な考慮がなされていなかった。

【０００８】本発明者は、従来技術のかかる問題点を解
決するため種々検討を重ねた結果、外側弾性層の反発弾
性を大きくすることによりグロス効果や平滑度増大効果
を大きくし、外側弾性層と内側弾性層とを併せた弾性体
層全体としての弾性変形を大きくすることによりニップ
部にかかる荷重の均一性を容易に得ることができ、局部
荷重を主として内側弾性層で吸収することにより外側弾
性層の外周面における永久歪を生じにくくすることので
きるカレンダー用弾性ロールを提供するに至ったのであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は実験を通じ
て、外側弾性層と内側弾性層における夫々の硬度および
層厚さの何れもが、塑性変形回避効果，グロス効果，平
滑度増大効果等の諸特性を決定する上で相互に関連して
いることを確認した。すなわち、本発明者は、金属芯の
外周面に、ショアーＡ硬度が９０〜９９の範囲にある第
１の弾性体よりなる内側弾性層を当該層厚さが５〜１５
ｍｍの範囲で設けるとともに、この内側弾性層の外周面
に、ショアーＤ硬度が７５〜９５の範囲にある第２の弾
性体よりなる外側弾性層を当該層厚さが４〜１２ｍｍの
範囲で設けてなるカレンダー用弾性ロールが、塑性変形
回避効果，グロス効果，および平滑度増大効果等を併せ
て奏することを解明したのである。

【００１０】

【作用】本発明にいう第１の弾性体の材質としては、例
えばニトリルブタジエンゴム，スチレンブタジエンゴ
ム，ポリブタジエンゴム等の合成ゴムや、ポリウレタン
樹脂，ポリユリア樹脂等のエラストマーを用いることが
できる。この第１の弾性体よりなる内側弾性層は、例え
ば液状又は半練り状の原料を注型して、金属芯の外周面
に成型により形成してもよいし、或いは通常のゴムロー
ル成型法にて金属芯にそのまま所定厚みまでライニング
したものであってもよい。

【００１１】また、本発明にいう第２の弾性体の材質と
しては、例えば、ポリエポキシ樹脂，不飽和ポリエステ
ル樹脂，架橋ポリエステルアミド樹脂，ポリウレタン樹
脂，ポリユリア樹脂，ビスマレイミド・トリアジン樹
脂，モノマーキャスティングナイロン等の熱硬化性樹脂
を用いることができる。この第２の弾性体よりなる外側
弾性層は、例えば液状又は半練り状の原料を用いた成型
により、内側弾性層の外周面に設けられる。外側弾性層
は、例えば注型前に内側弾性層の外周面に予め塗布され
た接着剤を介して被着される。

【００１２】ここで、第１の弾性体のショアーＡ硬度を
９０〜９９の範囲に限定としたのは、以下の理由によ
る。第１の弾性体のショアーＡ硬度が９０を下回ると、
弾性応力が過小になり、圧縮変形が過度となって外側弾
性層の許容曲げ変形を超えてしまうことにより、外側弾
性層が割れたりするためである。第１の弾性体のショア
ーＡ硬度が９９を超えると、ゴム状弾性や伸びが小さ過
ぎるため、ある程度の荷重をかけても内側弾性層がほと
んど変形せず外側弾性層が曲げ変形し得る弾性限界を超
えることとなるからである。

【００１３】また、内側弾性層の層厚さを５〜１５ｍｍ
の範囲に限定したのは、次の通りである。内側弾性層の
層厚さが５ｍｍを下回ると、必要以上に弾性が小さくな
って、内側弾性層による荷重の吸収力が小さくなり過ぎ
るからである。内側弾性層の層厚さが１５ｍｍを超える
と、比較的小さな荷重でも弾性変形し過ぎ、また伝熱面
で金属芯からの水冷効果が阻害されるためである。

【００１４】他方、第２の弾性体のショアーＤ硬度を７
５〜９５の範囲に限定したのは、以下の理由による。第
２の弾性体のショアーＤ硬度が７５を下回ると、ニップ
幅（被カレンダー材走行方向）が大きくなりすぎ、従っ
てニップ部の単位面積当たりの圧力が低くなるため、被
カレンダー材に対して充分なグロス効果や平滑度増大効
果を発揮できないからである。第２の弾性体のショアー
Ｄ硬度が９５を超えると、第２の弾性体の許容曲げ変形
は微小である。そのため、例えば局部荷重を受けて生じ
た第２の弾性体の曲げ変形がその許容曲げ変形を超え、
割れや破損等を生じやすいからである。

【００１５】尚、内側弾性層の第１の弾性体は、外側弾
性層の第２の弾性体よりも、線膨張係数を大きくするの
が望ましい。これは、ヒートロールと接して用いられる
外側弾性層の膨張が、内側弾性層の膨張よりも大きくな
らないようにして、内側弾性層と外側弾性層との接着維
持に有利となるためである。但し、この条件は、上記し
た第１の弾性体の硬度範囲と第２の弾性体の硬度範囲と
に限定することにより、多くの場合、特に配慮すること
なく実現されている。

【００１６】また、外側弾性層の層厚さを４〜１２ｍｍ
の範囲に限定したのは、次の通りである。外側弾性層の
層厚さが４ｍｍを下回ると、外側・内側弾性層全体の挙
動が内側弾性層の挙動に近づくため、良好なグロス効果
を得ることができず、外側弾性層の存在意義がなくなる
からである。外側弾性層の層厚さが１２ｍｍを超える
と、外側弾性層の剛性が高過ぎて荷重を受けても局部的
な曲げ変形をせず、内側弾性層での荷重吸収ができず、
実用的でなくなるためである。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例となるカレンダー用弾性ロ
ールにつき、添付図面を参照しつつ以下説明する。 実施例１．ここに、図１は本発明の一実施例に係る製紙
カレンダー用の弾性ロールを示す一部破断した外観図、
図２はこの実施例の弾性ロールを用いたソフトカレンダ
ー装置を示す概略側面図、図３はこの実施例の弾性ロー
ルを用いて板紙をカレンダー処理したときの状態説明図
である。但し、図４に示した上記従来の弾性ロール１ａ
等と同一の構成要素には、同一の符号を付すとともにそ
の詳細な説明は省略する。

【００１８】本実施例の弾性ロール１は、鉄（例えば、
ＳＴＫＭ−３Ａ又はＳ−３５Ｃ等）からなる金属芯２
と、この金属芯２の外周面に設けられたゴム層３（内側
弾性層の一例）と、このゴム層３の外周面に設けられた
硬質樹脂層４（外側弾性層の一例）とを備えてなり、例
えば約６００ｍｍφの総直径に形成されている。ここ
で、ゴム層３は、ショアーＡ硬度＝９８のポリウレタン
エラストマー（第１の弾性体の一例）で構成され、層厚
さｔ₂ が１０ｍｍとなるように成型されている。そし
て、硬質樹脂層４は、ショアーＤ硬度＝９０のポリユリ
ア樹脂（第２の弾性体の一例）で構成され、層厚さｔ₁
が７ｍｍとなるように成型されている。

【００１９】ゴム層３と硬質樹脂層４と、或いは金属芯
２とゴム層３とは、成型時に内層側の外周面に予め塗布
された接着剤を介して夫々接合されている。これによ
り、層間が強固に接着されるので、運転中の層間剥離を
防止できて、過酷な運転条件に対しても弾性ロール１の
真円度を確保できるようにしてある。

【００２０】本実施例の弾性ロール１は、図２に示す如
く、２基がヒートロール６を挟んで直線状に配置され、
製紙用のソフトカレンダー装置の一部をなしている。こ
のソフトカレンダー装置では、通常運転時において、弾
性ロール１の回転速度が、例えば約１００回転／分に設
定され、そのときの最外周面のロール周速が、例えば約
１５０ｍ／分となるように設定されている。また、弾性
ロール１とヒートロール６との間のニップ部における線
圧は、例えば約３００ｋｇ／ｃｍに設定されている。

【００２１】この場合、ゴム層３の層厚さｔ₁ と硬質樹
脂層４の層厚さｔ₂ とを加えた全体厚さは、例えば２５
ｍｍ以下とするのが、金属芯２からの水冷効果を十分に
発揮する上で好ましい。

【００２２】引続き、本実施例の弾性ロール１を用いた
ソフトカレンダー装置による板紙７のカレンダー処理動
作につき、図１〜図３を参照して説明する。一方の弾性
ロール１側からソフトカレンダー装置に連続供給された
板紙７は、夫々回転中の弾性ロール１とヒートロール６
との間のニップ部で加熱・挟圧されて最初のカレンダー
処理を施される。この板紙７はヒートロール６の外周に
沿って導かれ、次の弾性ロール１とヒートロール６との
間のニップ部で加熱・挟圧されて一連のカレンダー処理
を終える。このとき、供給側の板紙７に皺等が生じてい
た場合、板紙７の皺等の部分はニップ部において紙折れ
部７ａとなり（図３参照）、そのままカレンダー処理さ
れる。

【００２３】ところが、弾性ロール１は、内側のゴム層
３が硬質樹脂層４よりも低硬度であるとともに夫々所定
の厚み範囲内に設定されているため、紙折れ部７ａから
受けた局部荷重は、硬質樹脂層４の外周面を２点鎖線４
ａのように僅かに変形させるだけであるが、ゴム層３
（通常時の外周面を２点鎖線３ａで示す）を大きく弾性
変形させて均一に分散される。すなわち、各層の縦弾性
係数の違いにより、硬質樹脂層４よりもゴム層３の圧縮
変形の方がはるかに生じやすく、且つ許容弾性変形率も
大きいので、変形回復は容易であり、硬質樹脂層４の紙
折れ部７ａとの挟接部分には、従来技術のような永久歪
としての凹み部（図４参照）が生じたりしない。

【００２４】従って、たとえ板紙７の紙折れ部７ａがニ
ップ部を通過したとしても、後続の板紙７に傷痕等の不
都合を引き起こすことがない。その結果、カレンダー処
理ラインを停止して行われる弾性ロール１外周面の研磨
の頻度を極めて少なくすることができるので、装置の信
頼性を高められるのはもとより、カレンダー処理に係る
経費的又は時間的な効率の向上化を図ることができる。

【００２５】加えて、硬質樹脂層４とゴム層３における
夫々の硬度および層厚さの関係が、グロス効果や平滑度
増大効果を高める条件を満たす範囲内にあるため、本実
施例の弾性ロール１により処理された板紙７は、表面平
滑度が高く、且つ光沢も良好な高品質製品として得るこ
とができた。

【００２６】実施例２〜実施例４．実施例２〜実施例４
（表１参照）についても、主として、硬質樹脂層４のシ
ョアーＤ硬度および層厚さｔ₁ を変えた弾性ロールを作
製し夫々の諸特性を観察した。表１の内容から明らかな
ように、実施例１はもとより実施例２〜実施例４につい
ても、概ね良い評価が得られた。また、ゴム層を有しな
い比較例１，２の弾性ロールと比べると、はるかに良好
な結果であった。

【００２７】 注）表中の記号は、◎は優秀，〇は良好，△は普通，×は劣ることを夫々示し ている。

【００２８】ここで、歪回復（塑性変形回避）効果は、
表面粗度計（ミツトヨ株式会社製、製品型式：サーフテ
スト２０１型）を用いて、カレンダー処理前後の弾性ロ
ール外周面の表面粗度を測定し、当該測定値により評価
した。また、弾性ロール外周面に対する目視によっても
歪回復効果を確認した。この目視による評価結果は、表
面粗度計の測定値による評価結果とほぼ同様であった。
グロス効果は、ＪＩＳＰ ８１４２に規定されている７
５度鏡面光沢度測定法に準拠して得た光沢度の測定値に
より評価した。平滑度増大効果は、ＪＩＳ Ｐ ８１１
９に規定されている空気漏洩法に準拠して得たベック平
滑度の測定値により評価した。

【００２９】尚、本発明に係る弾性ロールは、上記実施
例のソフトカレンダー装置に限らず、例えばスーパーカ
レンダー装置に適用できるのはいうまでもない。また、
本発明に係る弾性ロールは、カレンダー処理により布帛
の布目間を目詰めして例えば羽毛が布目を通過・脱落す
ることを防止するための布帛用カレンダー装置にも適用
可能である。

【００３０】更に、上記の実施例では、内側弾性層と外
側弾性層とを、夫々単独の弾性体よりなした２層の例を
示したが、これら各層を複数層の弾性体で夫々構成する
こともできる。その場合には、内側弾性層と外側弾性層
とを、夫々全体としての硬度および層厚さが本発明にい
う適用範囲内となるように構成すればよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係るカレンダー用弾性ロールに
よれば、局部荷重を主として内側弾性層で吸収するよう
にしたので、被カレンダー材の重なり部分をカレンダー
処理して局部荷重がかかった場合でも、外側弾性層の外
周面における永久歪が生じにくくなる。また、外側弾性
層と内側弾性層とを併せた弾性体層全体としての弾性変
形を大きくするようにしたので、ニップ部にかかる荷重
の均一性を容易に得ることができる。前記の構成を前提
として、外側弾性層の反発弾性を大きくできるので、被
カレンダー材へのグロス効果や平滑度増大効果が極めて
大きくなり、高品質のカレンダー製品を得ることができ
たのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るカレンダー用の弾性ロ
ールを示す一部破断した外観図である。

【図２】この実施例の弾性ロールを用いたソフトカレン
ダー装置を示す概略側面図である。

【図３】この実施例の弾性ロールを用いて板紙をカレン
ダー処理したときの状態説明図である。

【図４】従来の弾性ロールを用いて板紙をカレンダー処
理したときの状態説明図である。

【符号の説明】 １ 弾性ロール ２ 金属芯 ３ ゴム層 ４ 硬質樹脂層 ｔ₁ ，ｔ₂ 層厚さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属芯の外周面に、ショアーＡ硬度が９
   ０〜９９の範囲にある第１の弾性体よりなる内側弾性層
   を当該層厚さが５〜１５ｍｍの範囲で設けるとともに、
   この内側弾性層の外周面に、ショアーＤ硬度が７５〜９
   ５の範囲にある第２の弾性体よりなる外側弾性層を当該
   層厚さが４〜１２ｍｍの範囲で設けてなることを特徴と
   するカレンダー用弾性ロール。