【発明の詳細な説明】
高い熱拡散性を有するシエルを備えたインパルスドライヤロール
技術分野
本発明は製紙機械及びカレンダに関する。特に、本発明は製紙機械に使用され
、紙ウエブへ熱を移動させるロールに関する。さらにまた、本発明は紙ウエブへ
の熱移動が改善された、製紙機械やカレンダに使用される加熱ロールに関する。
背景技術
紙の製造は重要な産業である。従来、製紙機械で製造される紙ウエブの幅を広
げることによって、紙の生産性を上げる努力がなされてきた。紙の生産性を向上
させるもうひとつの傾向は、製紙機械を通るウエブの速度を上げることである。
ウエブの幅は、製紙機械と紙処理ロールをもっと幅広くすることによって増大さ
せることができる。また、紙ウエブの製造速度を上げると、製紙機械のドライヤ
部分に問題が生じる。ウエブの速度が上ると各ドライヤシリンダから乾燥紙ウエ
ブへの熱移動が減退する。かくして、ウエブ速度を上げながら、製紙機械のドラ
イヤ部をもっと長くしなければならないことになった。
ドライヤ部をもっと長くするという問題の１つの解決法がインパルスドライヤ
である。このインパルスドライヤは450°F以上に加熱された高温ロールを使用す
る。加熱されたロールは、ロールとシューとの間に広幅ニップを形成するために
使用される。紙ウエブはロールの高温表面と接触することになる。紙はプレスフ
ェルトにより支持され、このプレスフェルトは順次、シューの上の潤滑フィルム
の上にのせられたブランケットの上に位置する。そのような広幅ニップを有する
インパルスドライヤを使用することによって、製紙機械のドライヤ部の長さを非
常に短縮することができるのである。
このインパルスドライヤの更なる改良は、ロールと紙ウエブとの間の熱移動を
高めることを必要とする。ロール表面の温度を高めることは、ロール全体の温度
を高めることを必要とする。これはロールの強度に悪影響を及ぼす。ロールの温
度を上げると、油圧機構を使用している内部クラウン支持機構の使用を複雑にす
る欠点がある。さらに、高温にすると、プレスフェルトの焼けが生じ易くなり、
ウエブ表面の繊維がほぐれ、ロールヘッドの応力も過度となり、ベアリングも過
熱し易くなる。そこで、ワーレン（Wahren）の米国特許No.4,324,631において、
インパルスドライヤロールは比較的高い熱伝導を有する材料で形成することによ
り効果があると認識されている。ワーレンはまた、高い表面温度にするために表
面に低伝導性をもたせたロールを使用するのが望ましいことをも教示している。
ワーレンはさらに少くともロールの表面層に対して材料の選択基準を提案してお
り、スチールやニッケルよりもアルミニウムを好ましくないとしている。ワーレ
ンは彼のロールに適さないものとして銅を無視している。
リイヒネン（Riihinen）の米国特許No.4,631,794は個々に加熱されるカレンダ
ーに使用するロールを記載している。このロールは外側の強磁層とロールの内部
コアとの間に非磁気性絶縁層を使用する。リイヒネンはカレンダのロールを誘導
加熱し、クラウンのコントロールのためロールの内部へアクセス可能としている
が、熱移動を改善するために熱伝導を上げたものをどのように使用するかについ
ては、開示していない。
バスカー（Busker）他の米国特許No.4,738,752は、第１共軸層とその第１層の
まわりに伸びている第２共軸層とを有する加熱される広幅ニッププレスに使用さ
れるプレスロールを示唆している。第２層は第１層の熱伝導係数より高い熱伝導
係数を有する。第１層は低熱伝導係数を有する材料であり、第２層は金属である
。その第１層はセラミックで第２層は金属であることもさらに示唆している。
バスカー他は、第２外層は0.005〜0.050インチの厚みを有することを示してい
る。バスカー他は内側金属製ベースシエルの上の金属製外部シエルの適切な厚み
をどのように計算するかを開示していない。バスカーは外側シエルの材料の選択
やその厚みの選択において熱拡散がいかに重要であるかを教示していない。
必要なことは、インパルスドライヤやカレンダにおいて、熱移動性の高いロー
ルを使用することである。
発明の開示
本発明のロールは２つの部分で成る。１つは、金属製ベースシエルであって、
通常のスパンキャスト鋼合金（spun-cast steel alloy）で構成される。そのロ
ールの第２部分はうすい外側シエル、即ち１０分の数インチの厚みを有し、それ
が鋼合金ベースシエルの表面と密着接触している。
外側シエルは高い熱拡散性材料で構成される。熱拡散は熱伝導に比例し、その
材料の比熱や密度に反比例する。高い熱拡散性材料の例としては、銅とアルミニ
ウムがある。
本発明のロールを構成する１つのやり方は、ロールの表面に約１０分の２イン
チの銅層を火炎スプレーすることである。このロールはインパルスドライヤの広
幅の高温プレスニップに使用される。その広幅ニップはシューで形成される。そ
のシューは、本発明のロールの表面よりわずかに大きな湾曲をもつ滑らかな弧状
面を有する。広幅ニップ用ブランケットがロールの表面速度に等しい速度でシュ
ーの表面に引っぱられる。紙ウエブはロールの表面近くを移動し、プレスフェル
トがブランケットとウエブとの間に位置づけられる。シューの効果は５フィート
直径のロール上で多分、１０インチの周囲距離にわたって紙ウエブをロールに当
接状に保持することである。このロールは3,000フィート／分の表面速度を生じ
させるように回転される。広幅ニップ用ブランケットを、プレスフェルトと紙ウ
エブは全て、同一速度でロールを通過する。
このロールは丈夫な壁をもつ金属シリンダで構成される。このシリンダ壁は典
型的なものでは、数インチの厚みを有する。このロールは広幅ニップの上流で、
ロール表面を加熱する誘導ヒータにより加熱される。ロールとウエブとの間の熱
移動に関する分析が行われた時、ロールの最外側部分だけが温度変化にさらされ
ることがわかっている。もし、ロール表面が誘導ヒータにより450°Fまで加熱さ
れる場合、ロールの内部全体は450°Fの均等温度に達する。
ウエブと接触するロールの表面は200°F又は300°Fの温度降下を経験する。し
かしながら、この温度の変化は、ロールの表面の1/10〜3/10インチの部分でしか
経験しない。かくして、ロールの有効な熱移動部分はうすい外側の環状体だけで
ある。従来のロールでは、熱移動を向上させる唯一の方法がロールの温度を上げ
たり、ニップの長さを延長したり、ウエブの速度を落すことであった。これら３
つのアプローチは全て、費用がかかり、それに伴って諸々の欠点も加わった。そ
こで本発明は、ロールに正確に計算された深さをもつ銅層を備えることによりロ
ールの熱拡散性を高めて、ロールとウエブとの間の熱移動を向上させようとする
ものである。
そこで、本発明の目的は、乾燥される紙ウエブへの熱移動を向上させたインパ
ルスドライヤロールを提供することである。
本発明のもうひとつの目的は、所与のロール表面温度に対して紙ウエブへの熱
移動を向上させた、カレンダーに使用するロールを提供することである。
本発明のもうひとつの目的は、より短い部分しか必要としないような、製紙機
械のドライヤ部に使用するロールを提供することである。
本発明のさらにもうひとつの目的は、ウエブ表面の繊維のほぐれを減少させる
インパルスドライヤに使用するロールを提供することである。
本発明のさらにもうひとつの目的は、ロールヘッドの応力を減少させた、イン
パルスドライヤに使用するローラを提供することである。
本発明の更なる目的や特徴、効果は、添付図面に関連して説明した以下の詳細
な説明から明らかとなるであろう。
図面の簡単な説明
図１は本発明の二層ロールを使用した、広い面積、即ち長いニップ、つまり広
幅ニップ型製紙機械の概略横断面図である。
図２は広幅ニップブランケットを使用し、図１のロールを利用した広い面積、
即ち長いニップ、つまり広幅ニップ型製紙機械の概略横断面図である。
図３は図１のロールの表面から種々の深さにおける温度と時間の関係を示すグ
ラフである。
図４は本発明の二層ロールを使用したカレンダーの概略横断面図である。
発明を実施するための最良の形態
特に、図１〜４を通して、同一符号は同一部品を指す。これらの図面には、イ
ンパルスドライヤ２０が示されている。このインパルスドライヤ２０は、シュー
２４と共にニップ２６を形成するプレスロール２２を有する。このシュー２４は
、ロール２２に対面する凹面を備え、それがロール２２へ向って押圧されるよう
に取付られている。プレスニップ２６は、ロール２２とシュー２４との間に形成
される。ニップ２６を通過する紙ウエブ２８は、長い時間、押圧力を受ける。プ
レスフェルト３２がウエブ２８の下を移動し、フェルト３２の下でシュー２４の
上をループベルト３０が通過する。
シュー２４とベルト３０との間にオイルが供給される。そのオイルはベルト３
０とシュー２４との間に、流体力学的流体くさびを生じさせる。この流体くさび
は、ニップ２６を通るウエブ２８の動きを潤滑しながら、同時に、ウエブへ圧力
を伝える。プレスフェルト３２は紙ウエブ２８の下で、しかもベルト３０の上に
あって、ニップ２６を通過する。紙ウエブ２８と、プレスフェルト３２と、ベル
ト３０は、ロール２２と共に一緒に位置するので、ともに同一速度で駆動される
。かくして、紙ウエブ２８は方向が反れるような大きな力を受けない。なぜなら
、ウエブ２８の面と、プレスフェルト３２の面と、プレスロール２２の面３４に
相対的な動きが生じないからである。かくして、紙ウエブ２８は、それが広幅ニ
ップ２６を通過する時、主に圧縮力を受ける。この圧縮力の効果は、ウエブをプ
レスロール２２の表面３４と密着させることである。
加圧によりウエブ２８とプレスロールの表面３４との密着接触は、ロール２２
の表面３４とウエブ２８との間に迅速な熱交換を容易にする。ロール２２とウエ
ブ２８との間の迅速な熱移動はインパルスドライヤの特徴をもつ、まだ完全には
理解されていない乾燥機構を生じさせる。紙ウエブの迅速な加熱は、ウエブに含
まれる水分を一部、蒸発させる。ウエブの水分から生じた蒸気は、ロール２２の
表面３４と紙ウエブ２８との間にたまる。その唯一の抜け道は紙ウエブ２８から
プレスフェルト３２への道である。紙ウエブ２８の上面からプレスフェルト３２
へと下方への蒸気の迅速な動きは、ウエブ２８に含まれる水分をフェルト３２へ
吹きつける効果をもつ。このプロセス、即ち、インパルス乾燥は、紙ウエブ２８
から水分を迅速に除去させる。
インパルスドライヤ２０のプレスロール２２は、ロール２２の構造のために、
通常のインパルスドライヤにまさる改良効果を有する。ロール２２は通常の鋼合
金で構成された金属のベースシエル３８を有する。そのベースシエル３８は、例
えば銅のように熱拡散性の高い材料で構成された外側シエル４０によって外側を
覆われる。図示のロールは正確な大きさに描かれておらず、図示の目的で、ベー
スシエルと外側シエルの相対的厚みは誇張して示されている。外側シエル４０は
ベースシエル３８の外面４２に密着接合されている。金属製ベースシエル３８は
外側シエル４０の構造上の支持体を構成する。外側銅層の熱拡散性が高いことは
ロール２２と紙ウエブ２８との間の有効な熱移動を２倍にする。典型的なインパ
ルスドライヤは、プレスロールが200°〜300°F以上の表面温度、好ましくは450
°〜550°Fの表面温度に達するようなプレスニップで構成される。典型的なイン
パルスドライヤは、誘導加熱ロールへ向って不透過性ブランケットを押圧するシ
ューを使用した広幅ニッププレスを使用することもできる。その高い表面温度は
湿ったウエブがニップを通過する時、それを迅速に加熱し、紙繊維を軟化させる
。これは脱水作用を著るしく強め、紙シートの強度特性を生じさせる。
熱拡散性の高い肉薄の外側シエル４０を使用することにより熱移動作用を高め
ると、インパルスドライヤは選定された効果を達成するように設計することが可
能となる。第１に、ロール２２の表面温度が低下しても尚、同じ加熱レベルを与
える。この事は、シエル温度が高いために生じるいくつかの問題を克服する。つ
まり、高温になると、プレスフェルトの焼け、ウエブ表面の繊維のほぐれ、ロー
ルの過度の熱応力、軸受の過熱が生じる。第２に、より多くの湿気を除去するた
めに、より多くの熱を紙へ供給することができる。第３に、インプット及び乾燥
効果を一定に保持しながら、ウエブ２８の速度を上げることができる。熱拡散性
の高い外側シエルを備えたプレスロール２２を使用した実際の適切な設計におい
て、３つの全ての効果、即ち、プレスロールの温度を低くすること、操作速度が
速いこと、紙ウエブ２８のより完全な乾燥が含まれる。
図１は、プレスロール２２を使用したインパルスドライヤ２０の横断面図であ
って、それは紙ウエブ２８の移動方向に沿ってとったものである。製紙技術に精
通している者によって認められるように、紙ウエブ２８のクロスマシン方向の幅
は、普通、１００〜４００インチであり、ロール２２のようなインパルスドライ
ヤの構成要素はその特定機能により必要とされるように、一般に、幾分長い。
ループベルト３０とその支持体４４は通常のものであって、それについては、
米国特許No.4,673,461（Roerig外）にもっと詳しく記載されている。ベルト３０
は連続ループであり、そのクロスマシン方向の幅はプレスロール２２より広いの
で、そのベルト（図示せず）の端部はそのベルトの端部をシールする円形閉鎖体
（図示せず）にシールされ、かくして、シールされたベルト３０内にニップ潤滑
油を含む。固定梁３３はベルト３０内に含まれる。その梁は油圧ピストン室３５
によ
ってシュー２４を調整自在に支持する。その油圧ピストン室３５には、ピストン
３７が位置づけられる。シューはローラピン３９上にピボット状に支持される。
そのローラピン３９は、シュー２４の下向き溝と、ピストン３７の上向き溝に着
座する。ピストンは油圧ピストン室３５内のピストンの下にある流体圧によって
上方へ押し上げられる。油圧ピストン室は細長いスロットの形をしていて、ピス
トンを摺動自在に受入れ、シュー２４の下でこの機械の幅全体にわたって伸びて
いる。ベルト３０は、側部ガイド４１，４３、上部ガイド４５，４７、下部ガイ
ド４９によって案内される。これらのガイドは梁３３に調整自在に取付けられ、
始動中、ベルト３０を安定させる。それらのガイドはまた、通常の操作中に何ら
かのがたつき、即ち不安定さが生じる場合、ベルト３０を安定させる効果がある
。
一旦、ベルト３０が操作速度に達すると、遠心力の作用により、シュー２４と
プレスロール２２との間のニップ２６を横切って移動する部分を除いて、ベルト
３０は自然に円形を呈する。かくして、速度が上がると、遠心力の作用によりベ
ルト３０はガイド４１，４３，４５，４７，４９からわずかばかり距離をおいて
保持される。
プレスフェルト３２は、インフィードロール４６とプレスアウトフィードロー
ル４８上に支持される。インフィードプレスフェルトロール４６とアウトフィー
ドロール４８は典型的なものでは、２フィートの直径を有するが、このプレスロ
ールの対応する直径は５フィートである。それらのロール４６，４８は、プレス
フェルトをインパルスドライヤ２０のニップ２６を通して送られるべき位置へ送
る働きをする。プレスフェルト３２はアウトフィードローラ４８を離れて後、フ
ェルトドライヤ（図示せず）によって処理される。そのフェルトドライヤはフェ
ルトが再使用のため、インフィードローラ４６上へ戻される前に、フェルト３２
から水分と過剰の湿気を除去する。
図１のプレスロール２２は、非回転型クラウン支持梁５２を有する油圧クラウ
ン制御機構５０を使用している。クラウン支持梁は、オイル供給口５４を有する
。このオイル供給口５４は、金属製ベースシエル３８の内面６０へピストン５８
を駆動するピストン空所５６へオイルを供給する。中心梁、即ち軸５０に沿って
間隔をおいて位置するピストン５８は、プレスロール２２とシュー２４との間に
一
定圧を与える。図１において、誘導式ヒータ６２が概略的に示されている。その
ヒータ６２は、高周波電流で励磁されるコイル６４を有する。誘導ヒータ６２は
従来のものである。それは高周波交流によって生じる振動磁場を使用しており、
それがロール２２の表面４０に渦電流を生じさせる。そこで生じた渦電流は表面
４０に抵抗熱を生じさせ、それによって、表面は所望の温度まで加熱される。
熱移動の観点から、シエル４０は“半無限プレート”（semi-infinite plate
）の観を呈する。それは、ロールの所与のセグメントがニップ内に存在する時間
が非常に短いためである。シエル４０の外部誘導加熱によりロール全体は内側６
０から外側３４まで均等な温度で作動するが、但し、周期的に温度が変動する薄
い外層は別である。この外層の有効深さは次式で表わすことができる。
上式で、Ｘ＝周期的な温度の変化が生じる層の深さであって、単位はフィート
。
Ｓ＝プレスロールの表面速度、単位はフィート／時
Ｌ＝ニップの長さ、単位はフィート
ａ＝外面の熱拡散性で単位はフィート2／時
この深さは、表面温度が段階的に変化するものと仮定して概算されている。実
際に、その変化は劇的ではないので、上記概算は実際より高く出ていると思われ
る。
図３はロール表面の温度変化と時間の関係を表わすグラフであり、３点で連続
して一段と深くなっている。図３において、縦軸が温度であり、横軸が時間であ
る。一番上の曲線６６は、ロールの表面温度と時間の関係を表わす。プレスロー
ル２２は直径が約５フィートであるので、周囲は約１６フィートである。図１の
ニップ２６は、長さ１０インチであるので、その結果、ロールは、紙ウエブがロ
ールのまわりを回転する時間の約５％だけ、紙ウエブ２８に露される。前記上の
曲線６６はのこぎり歯状波形６８を有し、これはドラム２２が一回転した時の表
面温度を表わす。
始動地点からとってみると、温度が急勾配で下落する。これはロール２２の表
面３４が紙ウエブ２８と接触したことを表わす。この場合のウエブの全接触時間
は波長６８の５％に相当し、表面の温度の低下は基本的には瞬間的である。ロー
ル２２の表面３４は、ウエブがロールとの接触によって加熱されるので、ウエブ
２８の温度を維持する。
表面上の或る地点がニップから出る時、熱はロールの内部から温度の低い面へ
向って流れるので、温度７２が次第に上昇する。最後にロール面が誘導ヒータ６
２を通過する時、そのロール表面は７４で示すように、温度が急上昇する。その
後その温度は、ロール面が７０で示すように、再び紙ウエブ２８と接触するまで
一定している。
第２のグラフ７５は、ロール２２の表面から深さ方向へ或る距離だけ移動した
任意の地点の温度輪郭を表わす。第２曲線７５の波長７６は表面温度曲線６６の
波長と同じである。しかしながら、温度変化は、曲線７５で表わす地点が表面か
ら幾分、離れているので、第１曲線ほど急勾配ではない。
第３曲線７８は、波長７６，６８と同じ波長８０を有し、その波長はロール２
２の回転速度によって支配される。この曲線は曲線７５よりロールからもっと深
く移動した地点を表わし、それはロール内のもっと深い所で、ロールと接触しそ
して誘導ヒータ６２によって加熱される表面３４の周期的性質によって生じる温
度変化がいかに小さくなっているかを示す。
第４曲線８２は温度と時間の関係が一定していることを示す。それは上記数式
が温度の変動を予告できないほどの深さを表わす。それはまた、ロール２２と紙
ウエブ２８との間の熱の流れをコントロールする上で、熱拡散がもはや重要でな
くなる深さである。
合金鋳鉄シエルは、約0.6〜0.7平方フィート／時の熱拡散性を有し、これに対
してアルミニウムの熱拡散性は3.3であり、銅は約4.4である。
第１表を参照すれば、コラム１は種々の熱拡散性の値を有する。0.7はプレス
ロールを構成する典型的な材料にほぼ対応する。３の熱拡散性はアルミニウムに
対応し、熱拡散性４は銅に対応する。
第１表において、２つの共通のニップ長さがインチ単位で示されており、１０
は典型的なインパルスドライヤの広幅ニップに対応し、１インチは図４に示すよ
うな典型的なカレンダーの利用に対応する。毎分当りのフィート単位での２つの
ウエブ速度が記載されている。毎分3,000フィートが今日の製紙機械の典型的な
速度である。毎分当り6,000フィートは、現在、この業界で議論されている適切
な範囲の紙速度である。
第１表は、外面シエル４０の適切な半径方向の最大厚みが、図示のように、熱
拡散性、ニップ長さ及びウエブ速度の組合わせと共に、約2/10インチ厚みしか必
要としないことを示している。図３に関連してみると、第１表はまた、プレスロ
ール２２の二層構造を示している。
体積比熱、即ち、単位体積当りの熱エネルギーの量は、低密度金属が高比熱を
有し、高密度金属が低比熱を有する限りにおいて、広範囲の金属が大まかに言っ
て一定している。かくして、周期的加熱が行われる物質の体積は、ロール２２が
紙ウエブと周期的に接触する間、ロール２２によって紙ウエブへ供給される総熱
量のすぐれた指標となる。
図３は、曲線７５，７８，８２に対応する地点の深さが第１表に示すような有
効深さが２倍の時には、２倍となるものと理解して参照することができる。かく
して、有効深さが1000分の86インチの合金鋼ロールから、有効深さが1000分の20
7インチの銅への動きは、材料の体積の２倍以上が周期的温度変化をしているこ
とを意味する。かくして、所与の周期中の熱の流れはほぼ２位高くなる。
第１表からわかることは、ニップの長さが短縮ずると、有効深さも減少するの
で、図４に示すようなカレンダーにおいて、ニップ７６が0.5〜1.5インチの長さ
で非常にうすいところでは、熱移動を劇的に向上させるには、熱伝導性の高い外
側シエル７８が有効である。
プレスロール２２は、チルドモールドに対して鉄合金を遠心鋳造することによ
り従来の方法で製造される。コールドメタルシエルに対する遠心鋳造では、典型
的なものでは、ロールの表面が高度に硬く、内部に延性をもつものが生じる。銅
やアルミニウムのような熱拡散性の高い材料の外側シエルは、好ましくは表面に
溶融金属をスプレーすることによって外面４２へスプレーが行われる。典型的な
金属スプレー法は、スプレー金属が接着する表面を生じさせるためにロールの表
面にサンドブラストを行い、電弧やプラズマにより所望金属のワイヤを加熱し、
そこで生じた金属を金属製ベースシエル３８の表面４２にスプレーする工程を含
む。典型的には、金属スプレー操作は、ベースシエル３８の回転時に行われ必要
な厚みとなるまで、スプレー金属の連続層が形成される。この後、ロールは表面
仕上げされ、インパルスドライヤのプレスロールやカレンダーのカレンダーロー
ルに必要とされる表面の滑かさを生じさせる。
外側シエルを形成する１つの方法は、はじめにチルド遠心モールドへ溶融金属
をスプレーし、それから、外側シエル４０へ鋼ベースシエル４２を鋳造すること
によってうすい外層を遠心鋳造する工程を含む。この方法は、外側シエル４０と
ベースシエル３４との間に分子結合を生じさせるために、外側シエル４０に酸化
コーティングが形成されないようにする必要がある。
その他の方法は、ベースシエル３８の表面４２に溶液から化学的又は電気的塗
着を行う方法である。化学的塗着では、塗着された金属に小孔が生じないように
することが重要である。特に、カレンダーに使用する非常にうすい層を形成する
もうひとつの方法は、蒸着である。
図２はプレスロール１２２を有するもうひとつのインパルスドライヤ１２０を
示しており、それはシュー１２４とロール１２２の表面１３４との間に広幅ニッ
プ１２６を形成する。インパルスドライヤ１２０は不透性広幅ニップブランケッ
ト１３０を使用する。シュー１２４はロールに対面した凹面を備え、それはロー
ル１２２へ向って押し上げられるように取付けられる。ニップ１２６は、そのニ
ップを通る紙ウエブ１２８に、長時間押圧力を生じさせる。ニップブランケット
１３０はシュー１２４とロール１２２との間でニップを通過する。
シューとブランケット１３０との間に、オイルが供給される。このオイルはブ
ランケット１３０とシュー１２４との間に流体力学的流体くさびを生じさせる。
この流体くさびは、ウエブへ圧力を伝達し、同時に、ニップ１２６を通るブラン
ケットの動きを潤滑する。プレスフェルト１３２はニップ１２６を通って移動し
紙ウエブ１２８の下で、ブランケット１３０の上に位置する。紙ウエブ１２８と
プレスフェルト１３２と、ブランケット１３０は、ロールと共に、摩擦力による
相互の結合によって、同一速度で駆動される。かくして、紙ウエブ１２８は大き
なずれる作用を受けることがない。なぜなら、ウエブ１２８の面にもプレスフェ
ルト１３２の面にも、プレスロール１２２の表面１３４にも相対的な動きがない
からである。かくして、紙ウエブ１２８は、それが広幅ニップ１２６を通る時、
主に圧縮力を受ける。この圧縮力の効果は、ウエブをプレスロール２２の表面１
３４と密着接触させることである。
ドライヤ２０と同様に、インパルスドライヤ１２０のプレスロール１２２は、
従来のインパルスドライヤにまさる改良効果を有する。ロール１２２は通常の鋼
合金で構成された金属製ベースシエル１３８を有する。このベースシエル１３８
は熱拡散性の高い材料で構成された外側シエルで外側を覆われている。この外側
シエル１４０はベースシエル１３８の外面１４２に密着接合されている。金属製
ベースシエル１３８は外側シエル１４０の構造的支持体を構成する。
ブランケット１３０とその支持体４４は通常のものである。ブランケット１３
０は連続ループである。それはプレスロール１２２よりクロスマシン方向の幅が
大きいので、ベルト（図示せず）の辺縁は紙ウエブ１２８の辺縁をこえて伸びて
いる。固定梁１３３はベルト１３０とシュー１２４の下に位置する。その固定梁
１３３は、内部にピストン１３７を有する油圧ピストン室１３５によってシュー
１２４を調整自在に支持する。ピストン１３７は油圧ピストン室１３５内のピス
トン１３７の下にある流体圧によって上方へ押し上げられる。油圧ピストン室は
細長いスロットの形をしていて、シュー１２４の下を機械の全幅にわたって伸び
ているピストンを摺動自在に受入れている。ベルト１３０は上部ガイドロール１
４１，１４３と、下部ガイドロール１４５，１４７とストレッチャーロール１４
９とによって案内される。そのストレッチャーロール１４９はブランケット１３
０の引っぱりを変化させるために調整自在に取付られる。
プレスフェルト１３２はインフィードロール１４６とプレスアウトフィードロ
ール１４８上に支持される。インフィードプレスフェルトロール１４６とアウト
フィードロール１４８は典型的には、直径２フィートであるが、ここではプレス
ロールのそれに対応する直径は５フィートである。ロール１４６，１４８はプレ
スフェルトをインパルスドライヤ１２０のニップ１２６を通って送られる位置へ
移動させる。プレスフェルト１３２はアウトフィードローラ１４８を離れた後、
フェルトドライヤ（図示せず）によって処理される。このフェルトドライヤは、
それがインフィードローラ１４６へ再使用のために戻される前に、フェルト１３
２から水分や湿気を除去される。
図２のプレスロール１２２は、油圧クラウンコントロール機構を使用するよう
には示されていない。むしろ、ロール１２２は、中心部が大きくて、軸方向へテ
ーパーをなす直径をもつように形成されている。クラウンロール１２２を使用す
る欠点は、圧力がロール１２２とシュー１２４との間の１つのレベルの圧力に対
してしか生じないということである。かくして、或る範囲の乾燥圧を望む場合、
アクティブクラウンを使用するのが望ましい。図２では、誘導ヒータ１６２が概
略的に示されている。それは、高周波電流で励磁されるコイルを有する。その誘
導ヒータ１６２は通常の性質を有する。それはロール１２２の表面１４１に渦電
流を生じさせる高周波電流によって生じる振動磁場を有する。誘導電流は表面１
３４に所望の温度まで抵抗加熱を生じさせる。
図４は、カレンダ８４に熱拡散性の高い外側シエル８７を有するロール８６を
使用した場合を示す。カレンダは紙ウエブ８２の表面仕上げを滑かにし、改善す
るために使用される。
図４はマシンスタックカレンダ、即ち“オンマシン”カレンダ８４の概略図で
ある。そのカレンダは、カレンダロール８６，８８，９０，９２により構成され
るカレンダスタック、即ちカレンダの積み重ねで成る。これらのカレンダは典型
的には、ハードローラ間にハードニップを有し、又はハードローラ８６，９０と
弾性繊維で構成されるソフトローラ８８，９２とを交互に配置したソフトニップ
を有するようにすることもできる。この構造は通常のものである。ソフトニップ
カレンダは典型的なものでは、長さが1/2〜１1/2インチのニップを有する。カレ
ンダロール８６は、赤外線加熱、又は誘導加熱によって加熱される。金属製ベー
スシエル９６と高熱拡散性外側シエル８７とを有するカレンダロールを使用する
と、ロール８６と紙ウエブ９８との間の熱移動が改善される。これがカレンダ８
４の有効性を向上させる。
第１表に示すように、ニップの長さが短いために、約60/1000インチの肉薄の
高熱拡散性シエルを必要とする。かくして、外側シエルの比較的うすい半径方向
の厚みがロールの形成を容易にする。これは化学的フィルム塗着にとって一層都
合が良いことである。この比較的うすいフィルムはまた、例えばダイアモンドの
ような非金属の高熱伝導性コーティングを使用できるので、ロールを蒸着による
ダイアモンドで被覆することが可能となる。
ウエブの速度が上昇すると、高熱拡散性外側シエルの厚みはよりうすいものが
必要となることは理解されるべきである。
第１表に示すように、有効深さに対する前記数式は、ロール材料に熱移動の最
大有効深さを与えるものであり、その最大有効深さより浅い深さを使っても尚、
ロール２２の熱移動能力を上げることができる。
ここに示したニップの長さ、ロール直径、ロール温度は実施例における例示に
すぎないものであって、その他の温度範囲、ロールサイズ及びニップの長さを用
いて、本発明のロールを有効に使用できることは理解されるべきである。
クラウン支持機構が図示かつ説明されているが、このロールは機械仕上げした
クラウン面を有するようにし、その上に高熱拡散性のうすい外側シエルを塗着又
は形成することもできる。
また銅やアルミニウムのような材料は３以上の熱拡散性を有するが、１の範囲
の熱拡散性も或る状況では実用的であることを理解されるべきである。
本発明はここに図示された部品のこの構造や配置に制限されることがなく、そ
のような変形は請求の範囲に含まれるものであることを理解されるべきである。
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９５年９月２９日
【補正内容】
明細書
高い熱拡散性を有するシエルを備えたインパルスドライヤロール
技術分野
本発明は製紙機械及びカレンダに関する。特に、本発明は製紙機械に使用され
、紙ウエブへ熱を移動させるロールに関する。さらにまた、本発明は紙ウエブへ
の熱移動が改善された、製紙機械やカレンダに使用される加熱ロールに関する。
背景技術
紙の製造は重要な産業である。従来、製紙機械で製造される紙ウエブの幅を広
げることによって、紙の生産性を上げる努力がなされてきた。紙の生産性を向上
させるもうひとつの傾向は、製紙機械を通るウエブの速度を上げることである。
ウエブの幅は、製紙機械と紙処理ロールをもっと幅広くすることによって増大さ
せることができる。また、紙ウエブの製造速度を上げると、製紙機械のドライヤ
部分に問題が生じる。ウエブの速度が上ると各ドライヤシリンダから乾燥紙ウエ
ブへの熱移動が減退する。かくして、ウエブ速度を上げながら、製紙機械のドラ
イヤ部をもっと長くしなければならないことになった。
ドライヤ部をもっと長くするという問題の１つの解決法がインパルスドライヤ
である。このインパルスドライヤは232℃（450°F）以上に加熱された高温ロー
ルを使用する。加熱されたロールは、ロールとシューとの問に広幅ニップを形成
するために使用される。紙ウエブはロールの高温表面と接触することになる。紙
はプレスフェルトにより支持され、このプレスフェルトは順次、シューの上の潤
滑フィルムの上にのせられたブランケットの上に位置する。そのような広幅ニッ
プを有するインパルスドライヤを使用することによって、製紙機械のドライヤ部
の長さを非常に短縮することができるのである。
このインパルスドライヤの更なる改良は、ロールと紙ウエブとの間の熱移動を
高めることを必要とする。ロール表面の温度を高めることは、ロール全体の温度
を高めることを必要とする。これはロールの強度に悪影響を及ぼす。ロールの温
度を上けると、油圧機構を使用している内部クラウン支持機構の使用を複雑にす
る欠点がある。さらに、高温にすると、プレスフェルトの焼けが生じ易くなり、
ウエブ表面の繊維がほぐれ、ロールヘッドの応力も過度となり、ベアリングも過
熱し易くなる。そこで、ワーレン（Wahren）の米国特許No.4,324,613において、
インパルスドライヤロールは比較的高い熱伝導を有する材料で形成することによ
り効果があると認識されている。ワーレンはまた、高い表面温度にするために表
面に低伝導性をもたせたロールを使用するのが望ましいことをも教示している。
ワーレンはさらに少くともロールの表面層に対して材料の選択基準を提案してお
り、スチールやニッケルよりもアルミニウムを好ましくないとしている。ワーレ
ンは彼のロールに適さないものとして銅を無視している。
リイヒネン（Riihinen）の米国特許No.4,631,794は個々に加熱されるカレンダ
ーに使用するロールを記載している。このロールは外側の強磁層とロールの内部
コアとの間に非磁気性絶縁層を使用する。リイヒネンはカレンダのロールを誘導
加熱し、クラウンのコントロールのためロールの内部へアクセス可能としている
が、熱移動を改善するために熱伝導を上げたものをどのように使用するかについ
ては、開示していない。
バスカー（Busker）他の米国特許No.4,738,752は、第１共軸層とその第１層の
まわりに伸びている第２共軸層とを有する加熱される広幅ニッププレスに使用さ
れるプレスロールを示唆している。第２層は第１層の熱伝導係数より高い熱伝導
係数を有する。第１層は低熱伝導係数を有する材料であり、第２層は金属である
。その第１層はセラミックで第２層は金属であることもさらに示唆している。
バスカー他は、第２外層は0.0127〜0.127cm（0.005〜0.050インチ）の厚みを
有することを示している。バスカー他は内側金属製ベースシエルの上の金属製外
部シエルの適切な厚みをどのように計算するかを開示していない。バスカーは外
側シエルの材料の選択やその厚みの選択において熱拡散がいかに重要であるかを
教示していない。
必要なことは、インパルスドライヤやカレンダにおいて、熱移動性の高いロー
ルを使用することである。
発明の開示
本発明のロールは２つの部分で成る。１つは、金属製ベースシエルであって、
通常のスパンキャスト鋼合金（spun-cast steel alloy）で構成される。そのロ
ールの第２部分はうすい外側シエル、即ち１０分の数インチの厚みを有し、それ
が
鋼合金ベースシエルの表面と密着接触している。
外側シエルは高い熱拡散性材料で構成される。熱拡散は熱伝導に比例し、その
材料の比熱や密度に反比例する。高い熱拡散性材料の例としては、銅とアルミニ
ウムがある。
本発明のロールを構成する１つのやり方は、ロールの表面に約１０分の２イン
チの銅層を火炎スブレーすることである。このロールはインパルスドライヤの広
幅の高温プレスニップに使用される。その広幅ニップはシューで形成される。そ
のシューは、本発明のロールの表面よりわずかに大きな湾曲をもつ滑らかな弧状
面を有する。広幅ニップ用ブランケットがロールの表面速度に等しい速度でシュ
ーの表面に引っぱられる。紙ウエブはロールの表面近くを移動し、プレスフェル
トがブランケットとウエブとの間に位置づけられる。シューの効果は５フィート
直径のロール上で多分、１０インチの周囲距離にわたって紙ウエブをロールに当
接状に保持することである。このロールは914メートル／分（3,000フィート／分
）の表面速度を生じさせるように回転される。広幅ニップ用ブランケットを、プ
レスフェルトと紙ウエブは全て、同一速度でロールを通過する。
このロールは丈夫な壁をもつ金属シリンダで構成される。このシリンダ壁は典
型的なものでは、数インチの厚みを有する。このロールは広幅ニッブの上流で、
ロール表面を加熱する誘導ヒータにより加熱される。ロールとウエブとの間の熱
移動に関する分析が行われた時、ロールの最外側部分だけが温度変化にさらされ
ることがわかっている。もし、ロール表面が誘導ヒータにより232℃（450°F）
まで加熱される場合、ロールの内部全体は232℃（450°F）の均等温度に達する
。
ウエブと接触するロールの表面は93℃又は149℃（200°F又は300°F）の温度
降下を経験する。しかしながら、この温度の変化は、ロールの表面の1/10〜3/10
インチの部分でしか経験しない。かくして、ロールの有効な熱移動部分はうすい
外側の環状体だけである。従来のロールでは、熱移動を向上させる唯一の方法が
ロールの温度を上げたり、ニップの長さを延長したり、ウエブの速度を落すこと
であった。これら３つのアプローチは全て、費用がかかり、それに伴って諸々の
欠点も加わった。そこで本発明は、ロールに正確に計算された深さをもつ銅層を
備えることによりロールの熱拡散性を高めて、ロールとウエブとの間の熱移動を
向
上させようとするものである。
ロール２２と紙ウエブ２８との間の有効な熱移動を２倍にする。典型的なインパ
ルスドライヤは、プレスロールが93℃〜149℃（200°〜300°F）以上の表面温度
、好ましくは232℃〜288℃（450°〜550°F）の表面温度に達するようなプレス
ニップで構成される。典型的なインパルスドライヤは、誘導加熱ロールへ向って
不透過性ブランケットを押圧するシューを使用した広幅ニッププレスを使用する
こともできる。その高い表面温度は湿ったウエブがニップを通過する時、それを
迅速に加熱し、紙繊維を軟化させる。これは脱水作用を著るしく強め、紙シート
の強度特性を生じさせる。
熱拡散性の高い肉薄の外側シエル４０を使用することにより熱移動作用を高め
ると、インパルスドライヤは選定された効果を達成するように設計することが可
能となる。第１に、ロール２２の表面温度が低下しても尚、同じ加熱レベルを与
える。この事は、シエル温度が高いために生じるいくつかの問題を克服する。つ
まり、高温になると、プレスフェルトの焼け、ウエブ表面の繊維のほぐれ、ロー
ルの過度の熱応力、軸受の過熱が生じる。第２に、より多くの湿気を除去するた
めに、より多くの熱を紙へ供給することができる。第３に、インプット及び乾燥
効果を一定に保持しながら、ウエブ２８の速度を上げることができる。熱拡散性
の高い外側シエルを備えたプレスロール２２を使用した実際の適切な設計におい
て、３つの全ての効果、即ち、プレスロールの温度を低くすること、操作速度が
速いこと、紙ウエブ２８のより完全な乾燥が含まれる。
図１は、プレスロール２２を使用したインパルスドライヤ２０の横断面図であ
って、それは紙ウエブ２８の移動方向に沿ってとったものである。製紙技術に精
通している者によって認められるように、紙ウエブ２８のクロスマシン方向の幅
は、普通、１００〜４００インチであり、ロール２２のようなインパルスドライ
ヤの構成要素はその特定機能により必要とされるように、一般に、幾分長い。
ループベルト３０とその支持体４４は通常のものであって、それについては、
米国特許No.4,673,461（Roerig外）にもっと詳しく記載されている。ベルト３０
は連続ループであり、そのクロスマシン方向の幅はプレスロール２２より広いの
で、そのベルト（図示せず）の端部はそのベルトの端部をシールする円形閉鎮体
（図示せず）にシールされ、かくして、シールされたベルト３０内にニップ潤滑
油を
含む。固定梁３３はベルト３０内に含まれる。その梁は油圧ピストン室３５によ
ってシュー２４を調整自在に支持する。その油圧ピストン室３５には、ピストン
３７が位置づけられる。シューはローラピン３９上にピボット状に支持される。
そのローラピン３９は、シュー２４の下向き溝と、ピストン３７の上向き溝に着
座する。ピストンは油圧ピストン室３５内のピストンの下にある流体圧によって
上方へ押し上げられる。油圧ピストン室は細長いスロットの形をしていて、ピス
トンを摺動自在に受入れ、シュー２４の下でこの機械の幅全体にわたって伸びて
いる。ベルト３０は、側部ガイド４１，４３、上部ガイド４５，４７、下部ガイ
ド４９によって案内される。これらのガイドは梁３３に調整自在に取付けられ、
始動中、ベルト３０を安定させる。それらのガイドはまた、通常の操作中に何ら
かのがたつき、即ち不安定さが生じる場合、ベルト３０を安定させる効果がある
。
一旦、べルト３０が操作速度に達すると、遠心力の作用により、シュー２４と
ブレスロール２２との間のニップ２６を横切って移動する部分を除いて、ベルト
３０は自然に円形を呈する。かくして、速度が上がると、遠心力の作用によりベ
ルト３０はガイド４１，４３，４５，４７，４９からわずかばかり距離をおいて
保持される。
プレスフェルト３２は、インフィードロール４６とプレスアウトフィードロー
ル４８上に支持される。インフィードプレスフェルトロール４６とアウトフィー
ドロール４８は典型的なものでは、0.61メートル（２フィート）の直径を有する
が、このプレスロールの対応する直径は1.52メートル（５フィート）である。そ
れらのロール４６，４８は、プレスフェルトをインパルスドライヤ２０のニップ
２６を通して送られるべき位置へ送る働きをする。プレスフェルト３２はアウト
フィードローラ４８を離れて後、フェルトドライヤ（図示せず）によって処理さ
れる。そのフェルトドライヤはフェルトが再使用のため、インフィードローラ４
６上へ戻される前に、フェルト３２から水分と過剰の湿気を除去する。
図１のプレスロール２２は、非回転型クラウン支持梁５２を有する油圧クラウ
ン制御機構５０を使用している。クラウン支持梁は、オイル供給口５４を有する
。このオイル供給口５４は、金属製ベースシエル３８の内面６０へピストン５８
を駆動するピストン空所５６へオイルを供給する。中心梁、即ち軸５０に沿って
間
隔をおいて位置するピストン５８は、プレスロール２２とシュー２４との間に一
定圧を与える。図１において、誘導式ヒータ６２が概略的に示されている。その
ヒータ６２は、高周波電流で励磁されるコイル６４を有する。誘導ヒータ６２は
従来のものである。それは高周波交流によって生じる振動磁場を使用しており、
それがロール２２の表面４０に渦電流を生じさせる。そこで生じた渦電流は表面
４０に抵抗熱を生じさせ、それによって、表面は所望の温度まで加熱される。
熱移動の観点から、シエル４０は“半無限プレート”（semi-infinite plate
）の観を呈する。それは、ロールの所与のセグメントがニップ内に存在する時間
が非常に短いためである。シエル４０の外部誘導加熱によりロール全体は内側６
０から外側３４まで均等な温度で作動するが、但し、周期的に温度が変動する薄
い外層は別である。この外層の有効深さは次式で表わすことができる。
上式で、Ｘ＝周期的な温度の変化が生じる層の深さであって、単位はフィート
。
Ｓ＝プレスロールの表面速度、単位はメートル／時（フィート／時）
Ｌ＝ニップの長さ、単位はフィート
ａ＝外面の熱拡散性で単位は平方メートル／時（平方フィート／時）
この深さは、表面温度が段階的に変化するものと仮定して概算されている。実
際に、その変化は劇的ではないので、上記概算は実際より高く出ていると思われ
る。
図３はロール表面の温度変化と時間の関係を表わすグラフであり、３点で連続
して一段と深くなっている。図３において、縦軸が温度であり、横軸が時間であ
る。一番上の曲線６６は、ロールの表面温度と時間の関係を表わす。プレスロー
ル２２は直径が約５フィートであるので、周囲は約１６フィートである。図１の
ニップ２６は、長さ１０インチであるので、その結果、ロールは、紙ウエブがロ
ールのまわりを回転する時間の約５％だけ、紙ウエブ２８に露される。前記上の
曲線６６はのこぎり歯状波形６８を有し、これはドラム２２が一回転した時の表
面温度を表わす。
始動地点からとってみると、温度が急勾配で下落する。これはロール２２の表
面３４が紙ウエブ２８と接触したことを表わす。この場合のウエブの全接触時問
は波長６８の５％に相当し、表面の温度の低下は基本的には瞬間的である。ロー
ル２２の表面３４は、ウエブがロールとの接触によって加熱されるので、ウエブ
２８の温度を維持する。
表面上の或る地点がニップから出る時、熱はロールの内部から温度の低い面へ
向って流れるので、温度７２が次第に上昇する。最後にロール面が誘導ヒータ６
２を通過する時、そのロール表面は７４で示すように、温度が急上昇する。その
後その温度は、ロール面が７０で示すように、再び紙ウエブ２８と接触するまで
一定している。
熱拡散（ａ）は次式で定義される。即ち、
上式で
ａ＝熱拡散性
ｋ＝熱伝導度
ｃ＝比熱
ｐ＝密度
第２のグラフ７５は、ロール２２の表面から深さ方向へ或る距離だけ移動した
任意の地点の温度輪郭を表わす。第２曲線７５の波長７６は表面温度曲線６６の
波長と同じである。しかしながら、温度変化は、曲線７５で表わす地点が表面か
ら幾分、離れているので、第１曲線ほど急勾配ではない。
第３曲線７８は、波長７６，６８と同じ波長８０を有し、その波長はロール２
２の回転速度によって支配される。この曲線は曲線７５よりロールからもっと深
く移動した地点を表わし、それはロール内のもっと深い所で、ロールと接触しそ
して誘導ヒータ６２によって加熱される表面３４の周期的性質によって生じる温
度変化がいかに小さくなっているかを示す。
第４曲線８２は温度と時間の関係が一定していることを示す。それは上記数式
が温度の変動を予告できないほどの深さを表わす。それはまた、ロール２２と紙
ウエブ２８との間の熱の流れをコントロールする上で、熱拡散がもはや重要でな
くなる深さである。
合金鋳鉄シエルは、約0.066平方メートル/時（0.6〜0.7平方フィート／時）の
熱拡散性を有し、これに対してアルミニウムの熱拡散性は3.3であり、銅は約4.4
である。
第１表を参照すれば、コラム１は種々の熱拡散性の値を有する。0.7はプレス
ロールを構成する典型的な材料にほぼ対応する。３の熱拡散性はアルミニウムに
対応し、熱拡散性４は銅に対応する。
第１表において、２つの共通のニップ長さがインチ単位で示されており、１０
は典型的なインパルスドライヤの広幅ニップに対応し、１インチは図４に示すよ
うな典型的なカレンダーの利用に対応する。毎分当りのフィート単位での２つの
ウエブ速度が記載されている。毎分914メートル（毎分3,000フィート）が今日の
製紙機械の典型的な速度である。毎分当り6,000フィートは、現在、この業界
で議論されている適切な範囲の紙速度である。
第１表は、外面シエル４０の適切な半径方向の最大厚みが、図示のように、熱
拡散性、ニップ長さ及びウエブ速度の組合わせと共に、約2/10インチ厚みしか必
要としないことを示している。図３に関連してみると、第１表はまた、プレスロ
ール２２の二層構造を示している。
体積比熱、即ち、単位体積当りの熱エネルギーの量は、低密度金属が高比熱を
有し、高密度金属が低比熱を有する限りにおいて、広範囲の金属が大まかに言っ
て一定している。かくして、周期的加熱が行われる物質の体積は、ロール２２が
紙ウエブと周期的に接触する間、ロール２２によって紙ウエブへ供給される総熱
量のすぐれた指標となる。
図３は、曲線７５，７８，８２に対応する地点の深さが第１表に示すような有
効深さが２倍の時には、２倍となるものと理解して参照することができる。かく
して、有効深さが0.218cm（1000分の86インチ）の合金鋼ロールから、有効深さ
が0.525cm（1000分の207インチ）の銅への動きは、材料の体積の２倍以上が周期
的温度変化をしていることを意味する。かくして、所与の周期中の熱の流れはほ
ぼ２位高くなる。
第１表からわかることは、ニップの長さが短縮すると、有効深さも減少するの
で、図４に示すようなカレンダーにおいて、ニップ７６が0.5〜1.5インチの長さ
で非常にうすいところでは、熱移動を劇的に向上させるには、熱伝導性の高い外
側シエル７８が有効である。
プレスロール２２は、チルドモールドに対して鉄合金を遠心鋳造することによ
り従来の方法で製造される。コールドメタルシエルに対する遠心鋳造では、典型
的なものでは、ロールの表面が高度に硬く、内部に延性をもつものが生じる。銅
やアルミニウムのような熱拡散性の高い材料の外側シエルは、好ましくは表面に
溶融金属をスプレーすることによって外面４２へスプレーが行われる。典型的な
金属スプレー法は、スプレー金属が接着する表面を生じさせるためにロールの表
面にサンドブラストを行い、電弧やプラズマにより所望金属のワイヤを加熱し、
そこで生じた金属を金属製ベースシエル３８の表面４２にスプレーする工程を含
む。典型的には、金属スプレー操作は、ベースシエル３８の回転時に行われ必要
な厚みとなるまで、スプレー金属の連続層が形成される。この後、ロールは表面
仕上げされ、インパルスドライヤのプレスロールやカレンダーのカレンダーロー
ルに必要とされる表面の滑かさを生じさせる。
外側シエルを形成する１つの方法は、はじめにチルド遠心モールドへ溶融金属
をスプレーし、それから、外側シエル４０へ鋼ベースシエル４２を鋳造すること
によってうすい外層を遠心鋳造する工程を含む。この方法は、外側シエル４０と
略的に示されている。それは、高周波電流で励磁されるコイルを有する。その誘
導ヒータ１６２は通常の性質を有する。それはロール１２２の表面１４１に渦電
流を生じさせる高周波電流によって生じる振動磁場を有する。誘導電流は表面１
３４に所望の温度まで抵抗加熱を生じさせる。
図４は、カレンダ８４に熱拡散性の高い外側シエル８７を有するロール８６を
使用した場合を示す。カレンダは紙ウエブ８２の表面仕上げを滑かにし、改善す
るために使用される。
図４はマシンスタックカレンダ、即ち“オンマシン”カレンダ８４の概略図で
ある。そのカレンダは、カレンダロール８６，８８，９０，９２により構成され
るカレンダスタック、即ちカレンダの積み重ねで成る。これらのカレンダは典型
的には、ハードローラ間にハードニップを有し、又はハードローラ８６，９０と
弾性繊維で構成されるソフトローラ８８，９２とを交互に配置したソフトニップ
を有するようにすることもできる。この構造は通常のものである。ソフトニップ
カレンダは典型的なものでは、長さが1.27cm〜3.81cm（1/2〜１1/2インチ）のニ
ップを有する。カレンダロール８６は、赤外線加熱、又は誘導加熱によって加熱
される。金属製ベースシエル９６と高熱拡散性外側シエル８７とを有するカレン
ダロールを使用すると、ロール８６と紙ウエブ９８との間の熱移動が改善される
。これがカレンダ８４の有効性を向上させる。
第１表に示すように、ニップの長さが短いために、約0.152cm（60/1000インチ
）の肉薄の高熱拡散性シエルを必要とする。かくして、外側シエルの比較的うす
い半径方向の厚みがロールの形成を容易にする。これは化学的フィルム塗着にと
って一層都合が良いことである。この比較的うすいフィルムはまた、例えばダイ
アモンドのような非金属の高熱伝導性コーティングを使用できるので、ロールを
蒸着によるダイアモンドで被覆することが可能となる。
ウエブの速度が上昇すると、高熱拡散性外側シエルの厚みはよりうすいものが
必要となることは理解されるべきである。
第１表に示すように、有効深さに対する前記数式は、ロール材料に熱移動の最
大有効深さを与えるものであり、その最大有効深さより浅い深さを使っても尚、
ロール２２の熱移動能力を上げることができる。
請求の範囲
１．高強度と低熱拡散性を有するものとして選択される第１金属で構成された
金属ベースシエル（38）であって、そのベースシエル（38）は或る長さと或る半
径と円筒形表面を有するシリンダを構成し、そのベースシエルは半径方向に沿っ
て第１厚みを有している金属ベースシエル（38）と；
同ベースシエル（38）の上に位置し、それによって支持された第２金属の外側
シエル（40）であって、その外側シエル（40）は前記ベースシエル（38）の前記
円筒形表面と密着接触するように支持されており、前記第２金属は、第１金属よ
り高い熱拡散性を有するものが選択されており、前記外側シエル（40）はベース
シエル（38）の半径方向の厚みよりうすい半径方向の厚みを有していて、同ベー
スシエル（38）は機械的負荷の支持体を構成し、前記外側シエル（40）はそこを
通る熱移動を改善されている外側シエル（40）と；
前記外側シエル（40）を加熱するため前記外側シエル（40）のすぐ近くに配置
された誘導ヒータと；を有し、
前記外側シエル（40）は0.254cm（0.1インチ）以下の半径方向の厚みを有し、
前記第２金属はアルミニウム及び銅から成るグループから選択され、その第２金
属は前記ベースシエル（38）へスプレーされており、同ベースシエル（38）は機
械的負荷の支持体を構成し、前記外側シエル（40）はこれと係合してプレスされ
る紙ウエブへの熱移動が改善されていることを特徴とする、製紙機械において紙
を乾燥させる加熱ロール（22）。
２．前記外側シエル（40）が前記ベースシエルに前記第２金属を金属スブレー
することで形成された、請求の範囲１に記載のロール。
３．Ｓメートル／時（Ｓフィート／時）の表面速度で第１方向へ製紙機械を通
して紙ウエブを通過させる工程と；
共働エレメントとロール表面との間に形成され、第１方向へ測って長さＬフィ
ートを有するニップを通して紙ウエブを通過させる工程と；
紙ウエブが前記ロールと前記共働エレメントとの間のニッブを移動する時、そ
の紙を加熱するようにロール表面を加熱する工程とを有し、前記ロールは高強度
の内側ベースと、平方フィート／時単位で測った時、１以上の熱拡散率を有する
外側シエルとを有し、その高拡散率層の半径方向の厚みはＸフィートであり、そ
のＸが次式で決定されることを特徴とする製紙方法。
４．高強度をもつものとして選択され、しかも低熱拡散性を有する第１材料で
構成され、内径と外径を有し、円筒面を有するシリンダを構成するベースシエル
（38）と；
前記ベースシエルの上にあって、それに支持された第２材料で成る外側シエル
（40）とで構成され；その第２材料は第１材料より高い熱拡散性を有するものが
選ばれており、前記外側シエルは内径と外径を有し、前記外側シエルの内径と外
径間の差は前記ベースシエルの内径と外径の間の差より小さく作られていて、前
記ベースシエルは機械的負荷の支持体を構成しており、前記外側シエルはこれと
係合してプレスされる紙ウエブへの熱移動が改善されていることを特徴とする、
製紙機械において紙を処理する加熱ロール。
５．前記外側シエルの外径と内径間の差が0.762cm（0.3インチ）以下である、
請求の範囲４に記載のロール。
６．前記第１材料が鋼合金であり、前記第２材料がアルミニウム及び銅から成
るグループから選択されている、請求の範囲４に記載のロール。
７．前記外側シエルは前記ベースシエルへ第２金属を金属スプレーすることに
より形成されている、請求の範囲４に記載のロール。