KR20010014418A - 고 벌크를 갖는 부드러운 티슈 시트의 균일하게 권취된 롤 - Google Patents

Abstract

부드러운 고 벌크 티슈의 균일하게 권취된 모 롤은 종래의 권취 방법에 의해 권취된 모 롤과 비교하였을 때, 시트 기초 중량, 종방향 신장 및 벌크에서 보다 큰 균일성을 갖는다. 이 방법은 2개의 권취 드럼 사이의 지지되지 않은 공간을 횡으로 이동하는 비교적 공기 불투과성인 이송 벨트 (18) 상에서 티슈 시트를 운반하는 것을 포함한다. 시트 (15)는 모 롤이 지지되지 않은 공간 내의 한 지점에서 시트/이송 벨트에 대하여 가압될 때 이송 벨트로부터 모 롤 (25)로 이송된다. 결과로 생기는 이송 벨트의 편향도를 탐지하여, 리일 스풀 위치를 제어가능하게 변화시켜 편향도를 소정의 한계치 내로 유지시킨다. 시트의 장력은 모 롤의 최외곽 표면과 이송 벨트 사이의 소정의 차속에 의해 조절된다.

Description

고 벌크를 갖는 부드러운 티슈 시트의 균일하게 권취된 롤{Uniformly Wound Rolls of Soft Tissue Sheets Having High Bulk}

화장용 티슈, 욕실용 티슈, 페이퍼 타월 등과 같은 각종 타입의 티슈 제품의 제조에서, 티슈 기계로부터 나오는 건조 티슈 웹 또는 시트는 먼저 모 롤 (parent roll)에 권취하여 추가의 가공처리를 위하여 일시적으로 저장된다. 그 후, 모 롤을 권출하여 시트를 최종 제품 형태로 가공한다.

티슈 웹을 큰 모 롤에 권취하는데 있어서, 롤 내의 주요 결점을 예방하고 최종 제품이 화장용 티슈 시트의 박스, 욕실용 티슈의 롤, 엠보싱된 페이퍼 타월의 롤 등이건 간에, 롤이 최종 제품으로 효과적으로 가공될 수 있게 하는 방식으로 롤을 권취하는 것이 중요하다. 이상적으로는, 모 롤은 평활한 주 원통면 및 2개의 평행하고 평활하고 편평한 단부면을 갖는 본질적으로 원통의 형태를 갖는다. 주 원통면 및 단부면들은 잔주름이나, 옹이나, 쭈글거림이나, 중심이 어긋나거나, 주름 등이 없어야 한다, 달리 말하면, 롤은 "치수적으로 정확"해야 한다. 마찬가지로, 롤의 형태는 저장 또는 통상의 취급 동안에 그의 원통 형태에서 벗어나지 않도록 안정해야 한다, 달리 말하면 롤은 "치수적으로 안정"해야 한다. 롤의 결점이 고속 가공에 부적합한 경우에는, 이러한 결점으로 인해 전체 롤을 폐기해야하는 경우도 있다.

이러한 부적절한 권취에 의해, 특히 쉽게 압축될 수 있는 고 벌크의 부드러운 티슈 웹을 권취할 때 많은 결점이 도입될 수 있다. 상기 결점들 대다수는 문헌 [길모어 (W.J. Gilmore), "Report on Roll Defect Terminology - TAPPI CA1228", Proc. 1973 Finishing Conference, Tappi, Atlanta, GA, 1973, pp. 5-19]에서 논의되고, 사진으로 나타나 있다. 롤의 코어 부근의 웹 응력이 부적절하면 롤의 외부 영역들이 롤을 안쪽으로 압축시켜, 문헌 [제임스 굳 (James K. Good), "The Science of Winding Rolls", Products of Papermaking, Trans. of the Tenth Fundamental Research Symposium at Oxford, Sept. 1993, Ed. C.F. Baker, Vol. 2, Pira International, Leatherhead, England, 1993, pp. 855-881]에 기재되어 있는 바와 같이, 흔히 "스타링 (starring)"이라 불리우는, 별모양으로 휘게 만들 수 있다. 게다가, 스타링은 정상적으로는 코어와 인접하는 웹의 층들 사이에 충분한 마찰력을 제공하는 코어 주위에서의 웹 장력의 해제를 야기시킨다. 이러한 마찰력의 손실은 코어 "미끄러짐 (slipping)" 또는 "끼워넣어짐 (telescoping)"을 야기시킬 수 있고, 이 때 대부분의 롤 (코어 주위의 몇 개 층 및 최외곽 영역 주위의 몇 개 층을 제외한)이 롤의 축에 대하여 한 쪽으로 질량을 이동시켜 롤이 사용될 수 없게 만든다.

문헌 [스반퀴스트 (T. Svandquist), "Designing a Reel for Soft Tissue", 1991 Tissue Making Seminar, Karlstad, Sweden]에 기재되어 있는 바와 같이, 중심 보조 드라이브를 갖는 타입의 현재 시판되는 하드 닙 드럼 리일이, 닙력을 감소시키고 코어샤프트의 중심 보조 드라이브의 조정을 통한 들어오는 웹 장력 조절에 주로 의존하여, 상기한 권취 문제점들을 피하면서 최대 그램 당 약 8 내지 10 입방 센티미터의 벌크를 갖는 압축가능한 티슈 웹의 롤을 권취하는데 성공적으로 사용되어 왔다. 그러나, 그램 당 약 9 입방 센티미터 이상의 벌크와 같은 고 벌크, 및 예를 들면 MD 최대 경사 (Max Slope)를 특징으로 하는 샘플 폭 7.62 cm (3 인치) 당 약 10 킬로그램 이하의 높은 레벨의 부드러움 특성을 갖는 티슈 시트를 권취하기 위하여 상기한 방법을 사용할 때는, 문제점들이 재발된다. 이들 권취 문제는 약 177.8 cm (70 인치) 내지 약 381 cm (150 인치) 또는 그 이상의 직경을 갖는 큰 롤을 특히 고속으로 권취하려고 시도할 때, 두드러지게 된다.

이론에 구애됨이 없이, 웹이 모 롤과 가압 롤 사이에 형성된 닙으로 올 때, 들어오는 웹 장력 이외의 2개의 주요 인자들이 권취 롤 내부의 최종 응력에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 먼저, 닙 중의 모 롤 부분은 모 롤의 변형전의 반경보다 더 작은 반경으로 변형된다. 모 롤의 변형된 반경으로부터 그의 변형전의 반경으로의 확장은 웹을 신장시키고, 닙으로 들어가는 웹의 잔류 장력으로부터 상당한 내부 장력 증가를 야기시키게 된다. 또다른 인자는 때때로 "2차 권취" 효과로 불리운다. 웹의 일부분은 모 롤과 가압 롤 사이의 닙을 먼저 통과한 후에 롤에 가해진다. 이어서, 보다 많은 층들이 외부 직경 상에 부가되는 동안에 모 롤의 매 회전마다 반복적으로 닙 아래를 통과한다. 롤의 표면 부근의 매 지점이 닙으로 다시들어갈 때, 웹은 닙 압력 하에 압축되어, 웹의 공극 중의 공기가 층들 사이에서 방출되게 된다. 이것은 문헌 [에릭슨 (Erickkson) 등, Deformatioms in Paper Rolls, pp. 55-61 및 렘케 (Lemke) 등, Factors involved in Winding Large Diameter Newsprint Rolls on a Two-Drum Winder, pp 79-87 Proc of the First International Conference on Winding Technology, 1987]에 기재되어 있는 바와 같이, 층들이 안쪽 층들 주위에서 보다 단단하게 미끄러질 수 있도록 층들 사이의 마찰을 충분히 감소시킬 수 있다. 모 롤에 가할 때 각 층에서의 장력은 외부 층에 의해 바로 아래 층들에게 인가되는 압축력을 일으키고, 따라서 외부 층들로부터의 압축의 누적 효과로 인해 보통 코어 주위 영역의 웹이 최고 층간 압력을 갖게 된다. 2차 권취는 이 압력을 더 가중시킨다. 부드러운 티슈는 압축하여 제조되는 것으로 알려져 있으며, 그리하여 압력 증가의 일부를 자신의 변형 능력을 상실하는 정도까지 흡수한다. 결론적으로, 누적 압력은 과도한 레벨까지 가파른 속도로 증가할 수 있어 모 롤로부터 권출된 시트 특성에 폭넓은 편차를 야기할 수 있다.

불행하게도, 통상적으로 권취된 모 롤의 반경을 따라 존재하는 내부 압력 및 웹 장력 구배가 치수 안정성 문제를 예방하는데는 성공적이지만, 바람직하지 못한 웹의 특성에서의 편차를 야기한다. 일부 영역에서 고 장력은 권취 동안에 어느 정도의 종방향 신장을 발생시킬 수 있고, 높은 내부 압력은 벌크의 손실을 야기한다. 권출할 때, 닙 중에서 및 후에 높은 장력에 의해 보다 많이 신장된 영역은 웹의 길이방향의 신장 때문에 보다 적은 기초 중량을 갖게 된다. 중요한 웹 특성에서의 이러한 변화는 제품 품질의 편차를 야기하고 가공 작업에서 어려움을 가져온다.

스반퀴스트에 의해 기재된 상기한 방법에 따른, 내부 압력 증대에 대한 보정은 단지 어느 정도로만 가능하다. 웹 재료의 밀도 및 강도가 언급된 레벨보다 훨씬 더 낮게 감소되는 경우는, 마찰력 및 롤의 권취 과정 동안에 변화하는 다른 인자들 크기의 불확실성으로 인해 정확한 닙 하중 조절이 매우 어렵다. 또는, 권취 과정에서 제어가 안되면 상기한 스타링 및 코어 미끄러짐 문제점들을 야기시킬 수 있는 장력 구배의 역전을 초래할 수도 있다.

티슈 웹의 권취에 있어서, 더 이상 하드 닙을 사용할 필요가 없다면, 이들 문제점들 중의 대다수를 피할 수 있고, 롤 중의 진정한 웹 장력의 보다 양호한 조절이 벌크성의 변형가능한 재료에 대하여 유지될 수 있다. 닙이 없는 순수한 중심 (pure center) 권취가 일부 정교한 재료에 대하여 공지되어 있지만, 이 경우 롤 중에 적절한 압력을 인가하는데 높은 웹 장력이 필요하고, 종방향 신장이 감소될 것이다. 순수한 중심 권취의 경우, 코어 부근의 장력은 롤의 끼워넣어짐 및 다른 결점들을 예방하기 위하여 보다 높아야 한다. 순수한 중심 권취는 또한 속도 제한의 문제점이 있다. 보다 높은 속도에서는, 웹 장력이 너무 높게 되어, 시트 플러터가 파단 및 열등한 권취를 야기시키게 된다.

상업적으로 작업되는 대부분의 티슈 기계는 건조기와 리일 사이에 "오픈 드로우 (open draw)"라 불리우는 부분을 갖는데, 이것은 건조된 시트가 건조기와 리일 사이의 거리 상에서 지지되지 않음을 의미한다. 보다 최근에, 제조 과정에서의 시트 파단을 줄여 생산성을 개선시키기 위한 노력으로, 티슈 제조기는 오픈 드로우 없이 건조기로부터 리일까지 건조된 시트를 운반하기 위한 지지 직물을 포함하도록 설계되었다. 발명의 명칭이 "Papermaking Machine For Making Uncreped Throughdried Tissue Sheets"인 루고우스키 (Rugowski) 등의 미국 특허 제5,591,309호에 개시되어 있는 바와 같은 상기 기계는 직물로부터 리일 또는 모 롤로의 시트 이송을 수행하는, 리일 스풀 또는 모 롤과 권취 드럼 사이의 하드 닙을 예시한다. 많은 티슈 시트의 경우, 공정 중의 이 지점에서의 하드 닙의 존재는 시트가 비교적 치밀하고 최종 제품 품질에 해가 되지 않고서 시트에 가해지는 압축량을 견딜 수 있기 때문에 문제가 되지 않는다. 그러나, 몇몇 최근에 개발된 티슈 시트, 특히 패링톤 쥬니어 (Farrington, Jr.) 등의 미국 특허 제5,607,551호에 개시되어 있는 바와 같은 부드러운 고 벌크의 크레이핑되지 않은 통기건조된 티슈 시트의 경우, 전통적인 권취 방법이 권출시에 실질적으로 균일한 시트를 생산하는 적절한 반경방향의 압력 및 웹 장력을 갖는 모 롤을 신뢰할 정도로 제조할 수 없음이 밝혀졌다.

그러므로, 시트 벌크, 캘리퍼, 종방향 신장 및(또는) 기초 중량에서의 편차를 최소화하면서, 제조 및 가공 작업에 유리한 모 롤 특성들을 여전히 유지하는 부드러운 고 벌크 티슈 시트의 권취 방법이 필요하다.

<발명의 요약>

이제, 부드러운 벌크성 티슈 시트가 바람직하게는 거의 또는 전혀 공기 투과성이 없는 이송 벨트에 의해 지지되는 채로 시트를 건조기로부터 전동기 구동 리일 스풀로 운반시킴으로써 시트 분해를 최소한으로 하여 모 롤 상에 권취할 수 있음이 발견되었다. 이송 벨트는 2개의 권취 드럼 사이의 지지되지 않은 또는 자립 공간을 횡으로 이동하고, 이송 벨트가 권취 드럼과 더 이상 접촉하지 않는 지점에서, 즉 일반적으로 권취 드럼 사이의 대략 중간의 지지되지 않은 공간의 지점에서, 시트를 리일 또는 모 롤로 이송시킨다. 이송 지점에서, 리일 스풀 또는 모 롤은 이송 벨트가 약간 편향되거나 또는 활모양으로 휘어지도록 시트/이송 벨트에 대하여 아주 약간 밀리게 된다. 편향 정도는 만들어지는 모 롤 전체에 걸쳐 시트의 균일성을 개선시키기 위해서 조절되어야 하는 중요한 변수이다. 편향도의 조절은 바람직하게는 이송 벨트의 아랫면에 있는 레이저 센서 또는 다른 거리 측정 장치(들)이 이송 시트가 시트 이송 지점에서 편향된 정도를 탐지하고 측정하도록 함으로써 얻어진다. 이송 벨트가 소정의 한계치를 초과하여 편향되는 경우, 이송 벨트에 대한 리일 스풀의 위치는 리일 스풀과 이송 벨트 사이의 거리를 증가시키거나 또는 감소시키도록 조절된다. 이 거리를 모 롤이 형성되는 전체 시간 동안 작은 값으로 조절함으로써, 모 롤과 이송 벨트의 표면 사이의 닙력을 가압 롤의 하드 닙으로부터 얻어질 수 있는 것보다 훨씬 더 낮은 레벨로 최소화한다. 이로써 중심 구동 시스템에 의해 나타나는 웹 장력이 롤 내의 내층 장력을 조절하는데 있어서 보다 큰 인자가 될 수 있도록 하면서, 닙 신장 및 2차 권취의 효과를 없앤다. 작은 닙력의 측정과 롤의 형성 동안의 지지 마찰력의 변화로 인한 불확실성이 완전히 제거된다. 본 발명에 따라 권취기 상에 권취된 모 롤은 코어 영역에서의 피크 압력이 통상의 리일로부터 얻어지는 것보다는 작지만, 정상적인 취급에 필요한 기계적 안정성을 유지하기에는 충분한 값에 도달하도록 하는 내부 압력 분포를 갖는다. 본 발명의 방법으로부터의 모 롤의 코어 근처의 내부 압력을 코어 부근에서는 특정 레벨로 감소되고, 그다음 롤의 바깥 표면에서 저압으로의 불가피한 강하를 제외하고는, 본질적으로 평탄한 압력 프로필을 갖는 유의 영역을 나타낸다. 따라서, 모 롤 전체에 걸친 시트 특성의 균일성이 실질적으로 개선된다.

보다 구체적으로는, 건조 고 벌크 티슈 웹을 중심 권취식 전력 구동 리일 스풀 상에 권취하여 모 롤을 형성하는 권취 방법은 (a) 티슈 웹을 모 롤로 운반하고 2개의 권취 드럼 사이의 지지되지 않은 공간을 횡으로 이동시키는 무한 이동 이송 벨트 상에 건조 티슈 웹을 지지시키는 단계; (b) 티슈 시트를 2개의 권취 드럼 사이의 공간에서 이송 벨트에 의해 지지되는 상태로 이송 벨트의 경로가 모 롤 표면에 의해 편향되도록 하여 모 롤로 이송시키는 단계; (c) 이송 벨트가 편향된 정도를 감지 장치로 감지하는 단계; 및 (d) 이송 벨트가 모 롤에 의해 편향된 정도에 따라 이송 벨트 및 리일 스풀의 상대적 위치를 조절하는 단계를 포함한다. 리일 스풀 및 이송 벨트의 상대적 위치의 조절은 그의 지지 메카니즘을 통해 이송 벨트 또는 리일 스풀 샤프트를 이동시킴으로써 가능하다. 이송 벨트 및 리일 스풀의 상대적 위치를 조절하는데 있어서, 형성되는 롤의 반경은 직접적인 측정에 의해 또는 리일 스풀 샤프트의 그의 초기 출발 위치에 대한 상대적 위치 및 이송 벨트 편향도를 사용하여 계산될 수 있다.

모 롤로부터 권출된 웹의 웹 특성의 조절은 소정량의 웹 장력을 들어오는 웹에 가함으로써, 예를 들면 이송 벨트와 형성되는 모 롤의 외부 표면 사이의 속도 차이 레벨을 프로그래밍함으로써 도움을 받을 수 있다. 대부분의 경우, 안정한 모 롤을 제공하는데 필요한 웹 장력을 부여하기 위하여 모 롤에서 양의 연신력이 요구된다. 한편, 너무 많은 양의 연신력은 웹 중의 종방향 신장력을 허용되지 않을 정도로 감소시키게 된다. 그러므로, 양의 연신력의 양 (모 롤 표면의 속도가 이송 벨트의 속도를 초과하는 %)은 모 롤로 들어오는 웹 특성 및 모 롤로부터 권출되는 웹의 원하는 특성에 따라 결정된다. 일반적으로, 모 롤 표면의 속도는 이송 벨트의 속도보다 약 10 % 이하로 더 빠르고, 보다 특히 약 0.5 내지 약 8% 더 빠르고, 더욱 더 특히 약 1 내지 약 6 % 더 빠르다. 물론, 모 롤에 접근하는 웹이 이미 티슈 제조 공정 중의 이전의 다른 수단에 의해 제공되는 충분한 장력을 갖는 경우, 음의 또는 0의 연신력이 바람직할 수 있다.

따라서, 본 발명의 한가지 면은 롤로부터 얻은 티슈의 벌크가 그램 당 9 입방 센티미터 이상이고, 티슈의 최종 기초 중량의 변동계수가 약 2% 이하이고, 티슈의 종방향 신장의 변동계수가 약 6% 이하인, 약 177.8 cm (70 인치) 이상의 직경을 갖는 고 벌크 티슈의 모 롤에 관한 것이다. 또한, 모 롤로부터 얻은 티슈 시트에 대한 시트 벌크의 변동계수는 약 3.0 이하일 수 있다.

보다 구체적으로, 모 롤의 직경은 약 254 내지 약 351 cm (약 100 내지 약 150 인치) 또는 그 이상일 수 있다. 최종 기초 중량의 변동계수는 약 1% 이하일 수 있다. 종방향 신장의 변동계수가 약 4% 이하, 보다 더 구체적으로는 약 3% 이하일 수 있다. 시트 벌크의 변동계수는 약 2.0 이하일 수 있다.

본 명세서에서 사용된 고 벌크 티슈는 칼렌더링 전에 그램 당 약 9 입방 센티미터 이상의 벌크를 갖는 티슈이다. 이러한 티슈는 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는, 1997년 3월 4일에 특허되고 발명의 명칭이 "Soft Tissue"인 패링턴 쥬니어 등의 미국 특허 제5,607,551호에 기재되어 있다. 보다 구체적으로는, 본 명세서의 목적을 위한 고 벌크 티슈는 그램 당 10 내지 약 35 입방 센티미터, 보다 구체적으로는 그램 당 약 15 내지 약 25 입방 센티미터의 벌크 값에 의해 특성화될 수 있다. 벌크 측정 방법은 패링턴 쥬니어 등의 특허에 기재되어 있다. 또한, 본 발명의 고 벌크 티슈의 부드러움 정도는 측정 방법이 역시 패링턴 쥬니어 등의 특허에 기재되어 있는 MD 최대 경사 및(또는) MD 강성 인자 (Stiffness Factor)로 측정하였을 때 비교적 낮은 강성을 특징이라 할 수 있다. 보다 구체적으로, 샘플 7.62 cm (3 인치) 당 킬로그램수로 표현되는 MD 최대 경사는 약 10 이하, 보다 구체적으로는 약 5 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 3 내지 약 6일 수 있다. (샘플 7.62 cm (3 인치) 당 킬로그램수)-미크론^0.5로 표현되는 MD 강성 인자는 약 150 이하, 보다 구체적으로는 약 100 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 50 내지 약 100일 수 있다. 게다가, 본 발명의 고 벌크 티슈는 약 10% 이상, 보다 구체적으로는 약 10 내지 약 30%, 더욱 더 구체적으로는 약 15 내지 약 25%의 종방향 신장도를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 고 벌크 티슈는 이들이 바람직하게는 임의의 상당한 차등 압축없이 최종 건조도로 통기건조되기 때문에 실질적으로 균일한 밀도를 가질 수 있다.

본 명세서의 목적에 유용한 적합한 비접촉 및 접촉 감지 장치는 당 업계에 공지되어 있다. 몇 개가 문헌 [파라고 (F.T.Farago) 및 커티스 (M.A. Curtis) in Handbook of Dimensional Measurements, 3rd ed., Industrial Press, Inc., New York, 1994]에 기재되어 있다. 상기 방법은 레이저 삼각측량과 같은 기술을 사용한 레이저식 거리 또는 깊이 감지 장치; 문헌 [케빈 하딩 (Kevin Harding), "Moire Inteferometry for Industrial Inspection", Laser and Applications, Nov. 1993, pp. 73-78, 및 알버트 뵌라인 (Albert J. Boehnlein), "Field Shift Moire System", US Pat No. 5,069,548, Dec. 3, 1991]에 예시되어 있는 바와 같은 레이저 백색 광 또는 다중 파장 모아레 간섭측정; 문헌 [린워쓰 (L.C. Lynnworth), Ultrasonic Measurements for Process Control, Academic Press, Boston, 1989]에 기재되어 있는 방법 및 특히 고체 표면으로부터 반사된 초음파 시그널에 대한 지연 시간 측정 방법을 포함하는 초음파 감지; 전자파 및 레이더파 반사율 방법; 거리 측정을 위한 커패시턴스 방법; 와류 전류 변환기 방법; 문헌 [리퍼트 (T. Lippert), "Radial parallax binocular 3D imaging" in Display System Optics II, Proc. SPIE Vol. 1117 pp. 52-55 (1989)]에 예시되어 있는 바와 같은, 깊이 감지를 위한 단일 카메라 입체 상형성; 문헌 [알베르토스 (N. Alvertos), "Integration of Stereo Camera Geometries" in Optics, Illumination and Image Sensing for Machine Vision IV., Proc. SPIE Vol. 1194, pp. 276-286 (1989)]에 예시되어 있는 바와 같은, 깊이 감지를 위한 다중 카메라 입체 상형성; 접촉 프로브, 예를 들면 롤러, 휠, 금속 스트립, 및 그의 위치 또는 편향도가 직접적으로 측정되는 다른 장치 등을 포함한다. 특히 적합한 감지 장치는 닛폰 오토메이션 캄파니, 리미티드 (Nippon Automation Company, Ltd.)가 제조하고 아드센스 테크 인크. (Adsens Tech Inc.)가 판매하는 레이저 변위 센서, 모델 LAS-8010이다.

이송 벨트가 편향된 정도를 적합하게는 약 20 밀리미터 이하, 보다 구체적으로는 약 10 밀리미터 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 5 밀리미터 이하 및 더 구체적으로는 약 1 내지 약 10 밀리미터의 레벨로 유지한다. 임의의 주어진 티슈에 대해 허용가능한 편향의 양은 부분적으로는 작업 동안에 이송 벨트에 부여된 장력 및 이송 벨트의 디자인에 의해 결정된다. 장력이 감소됨에 따라, 편향의 허용가능한 양은 시트의 압축이 감소되고 모 롤에 전달되는 힘의 양이 감소되기 때문에 증가하게 된다. 다시, 권취 시트의 특성에서의 편차는 줄어든다. 바람직하게는 벨트로부터 형성되는 롤로 전달된, 또는 그 반대 경우의 힘이 중심 구동 전동기 하중의 약 10% 이하, 보다 구체적으로는 약 5% 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 2% 이하 및 가장 더 구체적으로는 약 1% 이하이도록, 이송 벨트의 편향을 작은 양으로 유지시킨다.

이송 벨트 편향도 조절은 바람직하게는 모 롤의 벨트 표면으로의 들어간 부분을 측정한 다음 이 들어간 부분을 일정한 레벨로 유지시키기 위하여 모 롤을 보유 및 지지하는 이동가능한 선형 캐리지 (carriage)의 위치를 조절하는 1개 이상의 레이저 거리 센서를 사용한다. 레이저 센서는 모 롤 위치에 관계없이 항상 자립 공간의 중간지점에서 이송 벨트의 편향도를 측정하도록 위치할 수 있고, 실제 편향도는 하기하는 바와 같이 계산될 수 있다. 별법으로는, 레이저 센서는 센서가 항상 편향도를 직접 측정하도록 모 롤 닙과 함께 자립 공간을 횡으로 이동할 수 있다. 조절 시스템은 바람직하게는 닙에서 실제 이송 벨트 편향도를 약 4 mm ± 2 mm의 레벨로 유지시킨다. 레이저 센서는 140 내지 60 mm의 초점 영역을 갖는 닛폰 오토메이션 LAS 8010일 수 있다. 센서의 전면 판은 이송 벨트의 안쪽 표면으로부터 120 mm 떨어져 장착될 수 있다. 상기 센서는 센서와 이송 벨트 사이의 최소 내지 최대 거리에 대하여 4 내지 20 mA의 출력값을 제공하도록 디자인된다. 이어서 권취기를 프로그램가능한 이송 벨트에 대하여 부하된 롤 없이 작동시켜 조직 콘트롤러에서 0점을 설정한다.

레이저 위치를 자립 공간의 중간지점에 고정시키고 편향도를 그 지점에서의 레이저로 측정하는 상황에서, 모 롤 닙 지점에서의 실제 편향도는 모 롤이 형성되는 동안에 자립 공간의 한 단부로부터 다른 단부로 횡으로 이동하는, 형성되는 모 롤의 위치에 따라 계산한다. 레이저를 2개의 권취 드럼 사이에서 이송 벨트의 자립 공간의 중간지점에 장착하여 단지 그 지점에서 이송 벨트의 편향도를 측정하기 때문에, 닙에서의 실제 편향도는 자립 공간의 중간 지점에서 측정된 편차에 레이저 측정 위치로부터 모 롤의 닙 지점에 가장 가까운 권취 드럼의 닙 지점까지의 거리 비를 곱하여 모 롤의 닙 지점으로부터 동일한 권취 드럼의 닙 지점 까지의 거리로 나눔으로써 근접하게 어림되어진다. 이 계산을 위하여, 권취 드럼의 닙 지점은 자립 공간 중에서 이송 벨트의 주행의 편향되지 않은 선이 권취 드럼과 접하는 탄젠트 지점이다. 모 롤의 닙 지점은 모 롤의 원주 주위의 이송 벨트의 랩의 중간 지점이다. 이것은 도 3에 예시되어 있는데, 여기서, 실제 편향도 "D"는 M 지점 (자립 공간의 중간지점)에서 측정된 편향도 곱하기 거리 MA 대 거리 CA의 비이다. 모 롤이 자립 공간의 중간에 정확하게 있을 경우, 비는 1이 되게 되고, 레이저 센서는 실제 편향도 "D"를 측정하게 된다. 그러나, 모 롤이 자립 공간의 중간지점의 어느 한 쪽 상에 위치하는 경우, 중간지점의 레이저에 의해 측정된 이송 벨트의 편향도는 항상 이송 지점에서의 실제 편향도보다 적다.

일단 이송 벨트 편향도가 측정되면, 비례적인 조절 루프가 그 편향도를 일정한 레벨로 유지시킨다. 이 조절의 출력값은 형성되는 모 롤을 보유하는 캐리지에 대한 유압식 서어보 위치설정 조절 시스템에 대한 설정치이다. 이송 벨트 편향도가 설정치를 초과할 때, 캐리지 위치 설정치가 증가되어, 편향도를 다시 설정치로 되돌려 보내기 위하여 캐리지를 직물로부터 멀리 이동시킨다. 구체적인 유압식 서어보 위치설정 시스템은 위치를 측정하기 위하여 유압 실린더의 막대 상에 템포소닉 (Temposonic) 변환기가 장착되어 있는, 알렌-브래들리 (Allen-Bradley) QB 모듈에 의해 조절되는 무그 (Moog) 서어보 밸브로 이루어진다. 편향도 조절 루프로부터의 출력값은 리일의 어느 한 쪽 상에서의 2개의 개별적인 서어보 위치설정 시스템에 대한 입력값이다. 이어서 각 시스템은 리일의 2개의 면을 평행하게 유지시키면서 조절할 수 있다. 평행이 상실되는 경우 작업을 중단시키는 보호 시스템이 있어야 하지만, 2개의 면을 평행하게 유지시키기 위한 작용 시스템을 가질 필요는 없다.

이송 벨트의 분 당 공기 투과도는 약 30.48 ㎥ (100 ft³)/직물의 평방 미터 (평방 피트) 이하, 보다 구체적으로는 약 1.52 내지 약 15.2 ㎥ (약 5 내지 약 50 ft³)/직물의 평방 미터 (평방 피트), 및 더욱 더 구체적으로는 약 0 내지 약 3.048 ㎥ (약 0 내지 약 10 ft³)/직물의 평방 미터 (평방 피트)일 수 있다. 직물을 가로질러 1.27 cm (0.5 인치) 물의 공기압차를 유지하면서 직물을 통한 공기 흐름인 공기 투과도는 ASTM 시험 방법 D737에 기재되어 있다. 또한, 이송 벨트는 바람직하게는 시트의 이송을 향상시키기 위하여 통기건조 직물보다 더 평활하다.

권취 드럼들 사이의 지지되지 않은 공간의 길이는 새로운 리일 스풀이 제1 또는 업스트림 권취 드럼과 완전히 형성된 모 롤 사이에 위치할 수 있도록 하기에 충분한 길이이어야 한다. 한편, 자립 공간은 장력의 양이 최소화될 수 있고 편향의 정도가 조절될 수 있도록 직물의 처짐을 방지할 수 있을 정도로 충분히 짧아야 할 필요가 있다. 적합한 자립 공간 길이는 약 1 내지 약 5 미터, 보다 구체적으로는 약 2 내지 약 3 미터일 수 있다.

이전에 언급한 바와 같이, 본 방법의 잇점은 모 롤로부터 권출되는 시트 특성에 개선된 균일성이 얻어진다는 것이다. 매우 큰 모 롤이 시트 상에서의 권취 압력의 조절 때문에 실질적인 시트 균일성을 제공하면서 권취될 수 있다. 게다가, 부드러운 고 벌크 티슈 시트가 고속으로 모 롤에 권취될 수 있다. 적합한 기계 속도는 분 당 약 914.4 내지 약 1828.8 미터 (약 3000 내지 약 6000 피트) 또는 그 이상, 보다 구체적으로는 분 당 약 1219.2 내지 약 1828.8 미터 (약 4000 내지 약 6000 피트) 또는 그 이상, 더욱 더 구체적으로는 분 당 약 1371.6 내지 약 1828.8 미터 (약 4500 내지 약 6000 피트)일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부드러운 고 벌크 티슈 시트의 제조 방법의 개략적 공정 흐름도이다.

도 2는 도 1에 예시한 방법의 권취 구역의 개략도이다.

도 3은 이송 벨트 변위를 조절하는데 있어서의 레이저 변위 센서의 작동을 예시하는 권취 구역의 개략도이다.

도 1을 살펴보면, 크레이핑되지 않은 통기건조된 티슈 시트를 제조하기 위한 통기건조 방법의 개략적 흐름도가 나타나 있다. 성형 롤 (4)을 횡으로 이동할 때 제지 섬유의 수성 현탁액을 내측 성형 직물 (3) 상에 퇴적시키는 헤드박스 (1)가 나타나 있다. 외측 성형 직물 (5)은 웹이 성형 롤 상을 통과할 때 웹을 포함하는데 이용되고, 얼마간의 물을 뿌린다. 이어서 습윤 웹 (6)은 진공 이송 슈 (9)의 도움으로 내측 성형 직물로부터 습윤 단부 이송 직물 (8)로 이송된다. 이러한 이송은 바람직하게는 최종 티슈 시트에 신장성을 부여하기 위하여 성형 직물 (러쉬 이송)보다 느린 속도로 주행하는 이송 직물로 수행된다. 이어서 습윤 웹을 진공 이송 롤 (12)의 도움을 받아 통기건조 직물 (11)로 이송시킨다. 통기건조 직물은 웹을 통해 열기를 불어넣어 벌크를 보존하면서 웹을 건조시키는 통기건조기 (13) 상에서 웹을 운반한다. 속도 및 건조기 용량에 따라, 1개 이상의 직렬연결된 통기건조기들 (나타나 있지 않음)이 있을 수 있다. 이어서 건조된 티슈 시트 (15)를 진공 이송 롤 (17)의 도움으로 제1 건조 단부 이송 직물 (16)로 이송시킨다. 이송 직후의 티슈 시트는 시트 경로를 긍정적으로 조절하기 위하여 제1 건조 단부 이송 직물과 이송 벨트 (18) 사이에 샌드위치된다. 이송 벨트의 통기도는 제1 건조 단부 이송 직물의 통기도보다 낮아서, 시트가 자연적으로 이송 벨트에 부착될 수 있게 만든다. 분리 지점에서, 시트는 진공 작용 때문에 이송 벨트를 따라간다. 이송 벨트로 사용하기 적합한 저 통기도 직물은 COFPA 모노납 (Mononap) NP 50 건조기 펠트 (분 당 약 15.24 ㎥ (50 ft³)/평방 미터 (평방 피트)의 통기도) 및 아스텐 (Asten) 960C (공기 불투과성)를 비제한적으로 포함한다. 이송 벨트는 되돌아가서 건조된 티슈 시트를 다시 픽업하기 전에 2개의 권취 드럼 (21 및 22) 위를 통과한다. 2개의 권취 드럼 사이의 지점에서 시트는 모 롤 (25)로 이송된다. 모 롤은 중심 구동 전동기에 의해 구동되는 리일 스풀 (26) 상에 권취된다.

도 2를 살펴보면, 시트의 이송 및 권취가 보다 상세하게 예시된다. 2개의 권취 드럼 사이의 자립 공간에서, 시트 (15)는 모 롤 (25)과 접촉하여 모 롤 (25)로 이송된다. 도면 부호 (26, 26' 및 26")는 연속 작업 동안의 리일 스풀의 3개의 위치를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 새로운 리일 스풀 (26")은 모 롤 (25)이 형성될 때 위치 (26')로 나아갈 준비가 되어 있다. 모 롤이 소정의 그의 최종 직경에 도달했을 때 새로운 리일 스풀은 아암 (27)에 의해 자립 공간을 따라 권취 드럼 사이의 어느 위치, 일반적으로는 비교적 제1 권취 드럼 (21)에 가까운 위치에서 들어오는 시트를 향하는 위치 (26')로 내려오고, 이 때문에 권취 드럼과 리일 스풀 사이에 하드 닙을 피할 수 있다. 리일 스풀은 지지 암 (28)에 의해 적절하게 지지된다. 모 롤이 형성됨에 따라, 리일 스풀은 다른 드럼 (22)을 향하여 이동하면서, 동시에 이송 벨트로부터 멀리 이동한다. 리일 스풀은 권취 과정 동안에 시트 특성의 편차를 최소화시키는데 필요한 적절한 이송 벨트 편향도를 유지하기 위하여, 양방향 화살표로 예시한 바와 같은 어느 한 방향으로 이동될 수 있다. 그 결과, 모 롤 닙은 롤이 그의 소정의 크기로 형성될 때 자립 공간을 가로지른다. 적절한 시간에, 1개 이상의 공기 제트 (30)가 리일 스풀 내로부터의 진공 흡입에 의해 시트를 새로운 리일 스풀에 부착시키기 위하여 시트를 다시 새로운 리일 스풀 (26')을 향해 날려보내는데 이용된다. 시트가 새로운 리일 스풀로 이송될 때, 시트는 파단되어 모 롤이 밖으로 내보내져 새로운 리일 스풀을 이용한 권취 과정이 계속된다.

도 3을 살펴보면, 리일 스풀 (26) 및 이송 벨트 (18)의 상대적 위치의 조절은 적합하게는 이송 벨트의 안쪽 상에, 바람직하게는 나타낸 바와 같이 2개의 권취 드럼 사이의 중간 위치 "M"에 초점이 맞춰진 비접촉 감지 장치 (35)를 사용하여 얻어진다. 목적은 이송 벨트에 의해 지지되는 시트에 대하여 모 롤에 의해 인가되는 압력을 최소화 및 조절하기 위할 뿐만 아니라 접촉에 의해 생성되는 닙 길이를 최소화시키기 위한 것이다. 감지 장치, 예를 들면 레이저 변위 센서는 0.0127 cm (0.005 인치)만큼 작은 이송 벨트 편향도에서의 변화를 탐지한다. (자립 공간에서 이송 벨트의 주행의 편향되지 않은 선을 도면 부호 (36)으로 나타낸다.) 권취 드럼 탄젠트 지점 "A"로부터 레이저 지점 "M"까지의 거리 및 권취 드럼 탄젠트 지점 "A"로부터 모 롤 닙의 중심 "C"까지의 거리의 비를 사용하여 실제 이송 벨트 편차를 계산하는 것은 앞에서 논의하였다. 편차 "D"의 양이 소정의 허용가능한 범위 밖인 경우, 센서는 모 롤의 리일 스풀이 그에 따라 재위치되도록 신호를 보낸다. 센서 입력값에 반응하여 리일 스풀을 위치시키는 기계적 및 전기적 장치는 본 발명의 일부가 아니고, 이 목적을 달성하는데 적합한 수단은 고속 권취기 제조 분야의 통상의 숙련인에 의해 디자인되고 구성될 수 있다. 부드러운 고 벌크 티슈 시트에 대한 최적 권취 작업은 이송 벨트 편차가 약 2 내지 약 6 밀리미터 사이로 유지될 때 얻어짐이 발견되었다. 이송 벨트 편차를 이 범위 이내로 유지하는 것은 모 롤 및 이송이 상당한 힘 전달 없이 상대 속도 차이로 작동될 수 있게 함이 발견되었다. 이것은 권취 과정의 조절이 모 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 시트 특성을 유지할 수 있게 하였는데, 이것은 지금까지는 상기한 시트의 경우 종래의 권취기를 사용해서는 가능하지 않았었다.

예시의 목적으로 제공된 상기한 설명은 본 발명의 영역을 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 영역은 하기하는 특허 청구의 범위 및 이의 모든 등가물에 의해 정의됨은 물론이다.

Claims (7)

1. 롤로부터 얻은 티슈의 벌크가 그램 당 9 입방 센티미터 이상이고, 티슈의 최종 기초 중량의 변동계수가 약 2% 이하이고, 티슈의 종방향 신장의 변동계수가 약 6% 이하인, 약 177.8 cm (70 인치) 이상의 직경을 갖는 티슈의 모 롤.
2. 제1항에 있어서, 상기 티슈의 시트 벌크의 변동계수가 약 3.0 이하인 모 롤.
3. 제1항에 있어서, 상기 티슈의 시트 벌크의 변동계수가 약 2.0 이하인 모 롤.
4. 제1항에 있어서, 상기 모 롤의 직경이 약 254 내지 약 351 cm (약 100 내지 약 150 인치)인 모 롤.
5. 제1항에 있어서, 상기 티슈의 최종 기초 중량의 변동계수가 약 1% 이하인 모 롤.
6. 제1항에 있어서, 상기 티슈의 종방향 신장의 변동계수가 약 4% 이하인 모 롤.
7. 제1항에 있어서, 상기 티슈의 종방향 신장의 변동계수가 약 3% 이하인 모 롤.