JPH0571716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、円筒状中空体と、前記円筒状中空体
の各端部に配設された軸受ジヤーナルと、円筒状
中空体の内部に配置され、円筒状中空体との間に
環状の間隙を形成して熱担持流体の流入・流出通
路を形成する置換体とから構成された加熱可能な
グレージングまたはカレンダーがけ用ロールに関
するものである。

（従来の技術） 例えば、ドイツ特許公開番号第3014891号で知
られるそのようなロールは、特に、紙の製造及び
加工処理に使用されている。

実際のロール本体、即ち、両端領域を除く中央
領域の上を製造または加工処理されるウエブ材料
が走行する円筒状中空体は、鋳鉄または鋼、好ま
しくはチルド鋳鉄または焼入鋼でできている。

時代と共に、印刷特性にとつて重要な紙の均一
な厚さおよび光沢に関する要求が絶えず高まり、
特に近年、軽くて薄い紙に対する需要が大きい。
これらの紙において、従来の普通の厚い紙と同じ
厚み偏差を得るためには、ロールの形状に対して
も高い要求があつた。このことは、研削および研
磨技術の進歩によりロールの幾何学形状を改良す
ることによつて多少考慮されてきており、今日で
は例えば45g／m²の紙の生産においてロール直径
の公差はμm範囲内にある。

60sの早くから、ロールの形態及び紙の形態に
おける軸方向及び半径方向の温度差によるグレー
ジングまたはカレンダーがけ用ロールの形状変化
の影響に関する研究がなされている
（Klagenfurtにおける1984年10月18日にＯ¨ZEPA
のメイン会議においてPeter Rothenbacher，
Erich Vomhoff，Michael Zaoralekが講演した
「加熱グレージングおよびカレンダーがけ用ロー
ルによる紙の形態と光沢の改良」と題する講演を
参照）。１℃の温度変化で基準長さ1000mmにつき
通常の大まかな計算に従い約10μmの直径変化と
仮定すれば、710mmの定格直径をもつロールで４
℃の温度変化は15μmの直径増加として現われる。
いくら注意深く研磨作業を行つても、そのような
偏差を保証することはできない。

これらの温度変化及びそれによつて生じる形状
変化は、熱担持流体、例えば水、蒸気または油の
温度を注意深く設定することによる制御の下では
保持することができず、いつもこの点の困難さに
遭遇する。

さらに鉄で鋳造されている円筒状部材の別の問
題は、外側領域が軟質鋳鉄で内側領域がねずみ鋳
鉄からなることにある。一体の円筒状中空体を構
成するために結合されたこれら２つの材料は、異
なる熱特性をもつため、軟質鋳鉄の外側低温シエ
ルと比較して内側領域が高温での熱膨張が高いこ
と、および内側領域におけるねずみ鋳鉄コアに比
べて耐摩耗性外側ゾーンの熱膨張が異なることに
よるバイメタル作用の両方が、円筒状中空体、即
ちロールのエツジ領域に弾性変形をもたらすこと
になる。エツジ領域からある距離のところでロー
ルが収縮し、一方、上反り端部自体では拡張が起
きる。この形状変化の典型的な形態から、この現
象は「馬蹄形効果」と呼ばれている。加熱カレン
ダーがけロールにおけるこの馬蹄形エツジ効果
は、ドイツ特許公開番号第3140425号で知られて
いるようにロールエツジに適当に形成された熱絶
縁体によつて影響を受けることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、もつと正確な研究によれば、馬
蹄形効果を補償するこの公知の特徴は十分でない
ことが判つている。即ち、円筒状中空体の変形は
特にエツジ領域においてなおも起こり、この変形
は許容可能な公差変動をはるかに超え、製造され
るウエブ材料の品質に相当の影響をもつ。

従つて、本発明は、前記問題点の発生しない加
熱可能なグレージングまたはカレンダーがけ用ロ
ールを提供することを目的とするものである。

特に、ロールは簡単な構造を持ち、馬蹄形効果
を大きく補償し、それによつてロール直径の不変
性がエツジ領域を含む全長にわたつて極めて高く
なる加熱可能なグレージングまたはカレンダーが
け用ロールの提案を意図するものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、円筒状
中空体と、円筒状中空体の各端部に配設された軸
受ジヤーナルと、円筒状中空体の内部に配置さ
れ、円筒状中空体との間に形成された環状の間隙
を通つて流れる熱担持流体の流入・流出通路を形
成する置換体とから構成され、その中で、軸受ジ
ヤーナルは、特に円筒状中空体との関係で、円筒
状中空体のウオーミングアツプの際加熱され、前
記ウオームアツプの間に変形し、これによつて円
筒状中空体に馬蹄形変形に対する曲げモーメント
を発生するようにしたものである。

（作用） 本発明によつて達成される利点は以下の考えに
基づいている。円筒状中空体の馬蹄形効果は、円
筒状中空体の熱特性の影響によるものであり、そ
れは相応の変形となり、そしてこれは、中空体の
全長にわたつて直径が変化することになる。もし
以下に詳述する適当な構造的ステツプによれば、
円筒状中空体が加熱されると、この円筒状中空体
のフランジネツクが特に膨張することは確かであ
り、即ち、フランジネツクまたは軸受ジヤーナル
が加熱されると、一方ではフランジネツクが僅か
に変形し、他方で円筒状中空が大きく変形して、
その両方の変形が協働して曲げモーメントを発生
させ、それは円筒状中空体に相当の応力をもたら
し、このようにして円筒状中空体の馬蹄形変形に
対抗する。種々の影響パラメータの適当な整合に
より、馬蹄形効果をこのように補償することがで
き、それによつて円筒状中空体の直径の変化を無
視できる値に減少させることができる。

２つの軸受ネツクの所望の特定変形を得るため
に、基本的に利用可能な２つの技術がある。

ａ 円筒状中空体より熱膨張係数の小さいフラン
ジネツク用材料の使用、あるいは、 ｂ フランジネツクの対応する特定変形を発生さ
せるための円筒状中空体または熱担体に対する
フランジネツクの特殊な熱絶縁。

鋳鉄製円筒状中空体でモデル計算を示したよう
に、例えば軸受ネツクが11×10^-6（１／℃）以下
の熱膨張率をもつならば、馬蹄形効果の実質的な
補償が達成できる。文献には、そのような低熱膨
張係数を持つノジユラー鋳鉄または鋼の型が記載
され、０ないし150℃の温度範囲に対する10〜
10.5×10^-6（１／℃）オーダーの大きさの熱膨張
係数が述べられている。

多くの使用例において、フランジネツクに対し
て対応する材料の使用は、それ自体馬蹄形効果を
補償するのに十分であるけれども、そのような材
料は、フランジネツクの特殊な熱絶縁と組合せる
のが好ましい。即ち、一方のフランジネツクの円
筒状端面と他方の円筒状中空体は互いに絶縁さ
れ、円筒状中空体からフランジネツクへの熱の流
れは予め定められた値となり、それによりフラン
ジネツクの規定された加熱および変形がもたらさ
れる。適当な環状またはデイスク状熱絶縁要素
は、例えばポリテトラフルオロエチレンで製作で
きる。一方のフランジネツクと他方の円筒状中空
体との間隙においては、種々の理由で、直接接触
の金属／金属が必要である。ここで、例えばチヤ
ンバー状熱絶縁要素またはストリツプ状金属／金
属接触面を採用して特殊な熱絶縁を達成すること
ができる。

移動する熱担持体に関するフランジネツクの熱
絶縁のために、管状の熱絶縁要素が、フランジネ
ツク内の相応する流入・流出通路に挿入して使用
される。

（実施例） 以下、図面を参照して実施例を詳細に説明す
る。

第１図に示した加熱可能なグレージングおよび
カレンダーがけ用ロール１００は、鋳鉄または鋳
鋼からなる円筒状中空体１を備え、その両端（第
１図には右端のみ図示）には軸受ジヤーナル（ま
たはフランジネツク）２が取付けられている。軸
受ジヤーナル２は、円筒状中空体１の対応する端
壁に普通の方法で螺着され、適宜の突起で円筒状
中空体１の端部に形設された凹所に係合して中心
を合わせられる。軸受ジヤーナル２と円筒状中空
体１との間の回転固定のための硬い結合は、ロー
ル１００の外周に等角度間隔で配分された複数の
ねじによつて行われ、その１つのねじ２１を第１
図に示してある。

円筒状中空体１は、同じ材料、即ち鋳鉄ででき
ているけれども、２つの領域間で区別がなされな
ければならない。即ち、外側シエル１ａは約8.8
×10^-6（１／℃）の熱膨張係数をもつ軟質耐摩耗
性鋳鉄からなり、半径方向内側領域１ｂは約12×
10^-6（１／℃）の熱膨張係数をもつねずみ鋳鉄で
ある。それに代わるものとして、焼入れ鋼を使用
してもよく、この焼入れ鋼の外側シエル１ａはあ
る熱膨張係数をもつ焼入れマルテンサイト鋼から
なり、それに対し内側部領域１ｂは異なる熱膨張
係数をもつ。

軸受ジヤーナル２と円筒状中空体１との中にで
きた中空空間には、狭い環状間隙５を除いて置換
体４により埋められ、この置換体４はその両端に
おける金属デイスク７と軸受ジヤーナル２との間
の部分が実質上ドラム形の熱担持流体の流動室６
となつている。

置換体４は、円筒状中空体１に比べて薄い鋼管
８からなり、この鋼管は、図面に示すように、両
端部が軸受ジヤーナル２の対応する突起に中心が
合せられている。置換体４の薄い鋼管８は、実際
に必要なクリアランスをもつて、軸受ジヤーナル
２の端面に対し軸方向に係合する。鋼管８は、置
換体４の端壁を形成する２つの円形シートの金属
デイスク７に溶接されている。金属デイスク７は
第１図の例示における軸受ジヤーナル２の端面か
ら左側に一定距離離れており、その距離は、前記
金属デイスク７と軸受ジヤーナル２の端面との間
で前述ドラム流動室６を形成する程度のものであ
る。第１図において、上側矢印は、熱担持流体、
例えば蒸気、水または油の流入を示しており、一
方、下側矢印は、ロール１００の熱担持流体流出
側である他方のロール端での流路を示している。
熱担持流体の流れが軸受ジヤーナル２の中心軸部
を通る通路９から流動室６を経て、置換体４と円
筒状中空体１との間の環状間隙５に確実に流入す
るために、鋼管８の金属デイスク７を超えて突出
した部分に、熱担持流体が流れることのできる窓
１０を設けてある。ロール１００の他端にも同様
の構造を持つている。

ロール１００で処理されるべきウエブの幅、例
えば紙ウエブの幅は、図面の上に「ウエブ幅」と
して示されている。

そのようなロール１００を使用すれば、約100
〜150℃の温度をもつ熱担持流体は通路９を通つ
て円筒状中空体１の内部に流入し、円筒状中空体
１はそれに応じて加熱される。２つの効果が円筒
状中空体１の弾性変形を２つのエツジ領域におい
てもたらす。即ち、第１は、低温外側シエル１ａ
に比べて高温で大きい内側領域１ｂの熱膨張であ
り、第２は、ねずみ鋳鉄コア１ｂに比べて耐摩耗
性鋳鉄１ａの異なる熱膨張によつて起こされるバ
イメタル効果である。従つて、円筒状中空体１は
そのエツジからある距離のところで幾分収縮し、
それに対し上反り端部自体では膨張が起きる。こ
の円筒状中空体の形状変化の典型的な形から、
「馬蹄形効果」という用語が使用され、この効果
は従来のロールでは円筒状中空体における40μm
以上の半径変化、即ち処理される紙の厚さに対応
する変化となる直径変動を引き起こすことにな
る。

円筒状中空体１のこの馬蹄形効果を補償するた
めに、先ず、各軸受ジヤーナル２またはネツクが
11×10^-6（１／℃）以下の熱膨張係数をもつ特殊
な材料で構成されている。特に、０〜150℃の温
度範囲において10〜10.5×10^-6（１／℃）の熱膨
張係数をもつ材料が適している。そのような材料
は、ノジユラーまたは球状鋳鉄または特殊鋼とし
て文献に記載されている。

軸受ジヤーナル２用の材料のこのように極めて
小さい熱膨張係数は、円筒状中空体１を加熱した
際、軸受ジヤーナル２を円筒状中空体１に対し予
め定められた関係でのみ膨張させる。その結果と
して、円筒状中空体１の比較的顕著な膨張度と共
に、曲げモーメント、従つて馬蹄形効果を打消す
応力が発生し、そして軸受ジヤーナル２の熱膨張
係数に対し円筒状中空体の適当な熱膨張係数を採
用することにより、理論的且つ実験的に示した通
り円筒状中空体１の変形を「零」にする。

第２の構造上の解決は、軸受ジヤーナル２と円
筒状中空体１との間のすべての係合面に熱絶縁層
が設けられている点にある。この目的のために、
円筒状中空体１の内面と置換体の鋼管８の外面と
の間の領域で、軸受ジヤーナル２の端面１１から
軸方向に離間した鋼管８の突出領域に配設された
一方における窓１０と、他方における軸受ジヤー
ナル２の端面１１との間に、熱絶縁リング１３が
配設されている。この熱絶縁リング１３は、円筒
状リングの形を持ち、円筒状中空体１の内面とこ
の領域でそれに対応して曲げられた鋼管８の外面
との間隙を少なくとも実質上埋めている。例示し
た実施例における軸方向範囲は、例示したロール
端においてウエブ幅を超えて突出する円筒状中空
体１の部分の約３分の２である。熱絶縁リング１
３は、十分に耐熱且つ耐水性のプラスチツク、例
えば十分な熱絶縁も示すポリテトラフルオロエチ
レンから成る。最適材料の選択に関し、前記材料
は生じる熱応力に耐え、さらに円筒状中空体１の
材料より実質上小さな熱伝導率をもつていること
が重要である。

さらに第１図て明らかなように、通路９とドラ
ム形流動室６からのかなりの熱移動が、軸受ジヤ
ーナル２の対応面を介し、該軸受ジヤーナル２か
ら円筒状中空体１内に向かつて起きる。この熱移
動を避けるために、流動室６に対面する軸受ジヤ
ーナル２の表面は、熱絶縁材料、例えば相応する
プラスチツクのプレート１８で覆われる。プレー
ト１８は例えばねじ止め又は打ち付けされてもよ
い。

同じ目的のために、第１図に示すように、流通
路９にも熱的に絶縁するプラスチツクの囲繞材２
０を有するライニングが設けられ、これは軸受ジ
ヤーナルに形設された対応する凹部内に挿入さ
れ、かつ軸方向の移動に対し例えばピンにより固
定される。

要素１３，１８，２０による内部熱絶縁体に半
径方向外方で隣接するのは熱絶縁体２２であり、
この熱絶縁体２２は、環状基体２３，短い管状の
延長部２４及び半径方向内方に突出する突起２５
とからなつている。この熱絶縁体は、円筒状中空
体１の半径方向外側係合面と軸受ジヤーナル２と
の間に配設されている。

こうして、全体として、種々の熱絶縁要素は、
一方における軸受ジヤーナル２と、他方における
円筒状中空体１または熱担持体との間における熱
移動を部分的かつ選択的に阻止する作用を有す
る。即ち、軸受ジヤーナル２は、円筒状中空体の
加熱および変形に対し特定の関係でのみ加熱及び
変形するため、軸受ジヤーナル２に低熱膨張係数
の材料を用いることでその目的が達成される。即
ち、自由な馬蹄形の反りは一切起き得ない。従つ
て、この軸受ジヤーナルに適用された変形は、円
筒状中空体１の変形と一緒になつて、加熱下での
馬蹄形効果を補償するので、円筒状中空体１の直
径は全長にわたつて極めて一定に保持される。

既述した２つの構造上の手段、即ち軸受ジヤー
ナルに対する低熱膨張係数材料及び／又は特殊な
熱絶縁体の適用、そして、それに伴う軸受ジヤー
ナルの特殊な加熱／変形は、それら単独、あるい
は組合せで使用してもよく、円筒状中空体１の熱
的特性への適用を容易にするという点に関する限
りでは組合せが有利である。

モデル計算によつて証明されたところによれ
ば、種々のパラメータ、即ち一方における熱絶縁
体と他方における軸受ジヤーナル材料の熱膨張係
数との整合により、馬蹄形効果を完全に補償でき
るばかりでなく、極端な場合でさえ、約100℃に
加熱したにもかかわらず、円筒状中空体１の端部
領域における直径減少をもたらすことができる。
ここに記載された実施例において、熱絶縁要素、
例えばポリテトラフルオロエチレンの熱絶縁材料
からなる例えば環状デイスク、管、またはスリー
ブは述べてきた。しかしながら、対応する熱絶縁
体はまた、円筒状中空体１と軸受ジヤーナル２と
の接触面が減少される点が達成できる。この目的
のために、例えば対応する係合表面はある点まで
先細りの溝を具備させることができ、その結果、
ストリツプ形状の金属／金属接触領域のみ生じ
（第２，３図参照）、熱移動もこのように適宜に設
定できる。

最後に、各係合面間にチヤンバー形状または空
洞形状の熱絶縁要素２７，２８，２９を配設する
ことが可能である。（第３，４図）。

これらのすべての手段は、円筒状中空体と軸受
ジヤーナルの間の接触面積の増加や減少をもたら
し、また、熱の流れの調整、従つて軸受ジヤーナ
ルの変形効果的な調整を行い、これが馬蹄形効果
の補償を行う。円筒状中空体１と軸受ジヤーナル
２との間の直接係合面の間の間隙においては、
種々の理由から、直接の金属／金属接触が必要で
あり、そのため、金属製のチヤンバー形状の熱絶
縁要素２７，２８（第４図参照）か、またはスト
リツプ状接触領域（第２図、第３図参照）を備え
ておく必要がある。

このようなストリツプ状接触領域は、また第３
図の２９で示したように、円筒状中空体１と軸受
ジヤーナル２との間の半径方向接触面に備えるこ
ともできる。

もしも所望の熱絶縁がエアクツシヨンによつて
保証されなければ、軸受ジヤーナル２の端面と円
筒状中空体１の端面との間に硬質プラスチツクデ
イスク３０（第５図参照）を配設することができ
る。半径方向の力を吸収するために、カラー３１
を軸受ジヤーナル２の端面の外縁に配設し、円筒
状中空体１の端面における対応する凹所を取り巻
く。このカラー３１は隙間なく合わされる。

（発明の効果） 以上の通りであるから、本発明によれば、加熱
可能なグレージングまたはカレンダーがけ用ロー
ルの熱による馬蹄形効果を極めて適確に除去する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による加熱可能なグレージン
グまたはカレンダーがけロールの端部部分の断面
図である。第２，３，４，５図は熱絶縁体の種々
の実施例を示す。 １……円筒状中空体、２……軸受ジヤーナルま
たはフランジネツク、４……置換体、５……環状
間隙、６……流動室、７……金属デイスク、８…
…鋼管、９……通路、１３……熱絶縁リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状中空体と、 前記円筒状中空体の両端部にそれぞれ一端が結
   合され、その他端部が回転自在に保持される構造
   を有する軸受ジヤーナルと、 前記円筒状中空体の内部に配置され、円筒状中
   空体との間に環状の間隙を形成して前記軸受ジヤ
   ーナルを通つて流れる熱担持流体の流入・流出通
   路を構成する置換体とを備え、 前記軸受ジヤーナルは、前記置換体と前記円筒
   状中空体の間の環状の間隙に熱担持流体を流した
   とき、前記円筒状中空体及び前記軸受ジヤーナル
   の温度が上昇し、前記円筒状中空体の両端におけ
   る半径方向の熱膨張度が比較的大きいのに対し、
   その円筒状中空体の各端部に結合された前記軸受
   ジヤーナルの半径方向の熱膨張度が比較的小さ
   く、その結果、前記円筒状中空体に対する曲げモ
   ーメントが発生するように、前記円筒状中空体の
   熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する金属に
   より構成されていることを特徴とする加熱可能な
   グレージングまたはカレンダーがけ用ロール。 ２ 軸受ジヤーナルは、11×10^-6（１／℃）より
   小さい熱膨張係数を有する材料からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の加熱可能な
   グレージングまたはカレンダーがけ用ロール。 ３ 軸受ジヤーナルは、０℃〜200℃の温度範囲
   において10〜10.5×10^-6（１／℃）の熱膨張係数
   を有する材料からなることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の加熱可能なグレージングまた
   はカレンダーがけ用ロール。 ４ 軸受ジヤーナルは、対応する熱膨張係数を有
   するノジユラー鋳鉄または鋼からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の加熱可能なグ
   レージングまたはカレンダーがけ用ロール。 ５ 各軸受ジヤーナルは、円筒状中空体の対向面
   に対面する少なくとも一つの面と、前記対向面の
   半径方向内側で部分的に熱担持流体の流入・流出
   通路の一つを形成する少なくとも一つの付加的面
   を含み、前記軸受ジヤーナルにおける前記円筒状
   中空体の対向面に対面する全ての面と、前記軸受
   ジヤーナルにおける前記対向面の半径方向内側で
   部分的に熱担持流体の流入・流出通路の一つを形
   成する前記付加的な全ての面との間に熱絶縁体で
   熱的絶縁が施されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の加熱可能なグレージングま
   たはカレンダーがけ用ロール。 ６ 軸受ジヤーナルの端面と円筒状中空体の端面
   との間にプラスチツクの硬い絶縁円盤が配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の加熱可能なグレージングまたはカレンダーが
   け用ロール。 ７ 軸受ジヤーナルの端面には、円筒状中空体の
   周りに係合するカラーが設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第６項記載の加熱可能な
   グレージングまたはカレンダーがけ用ロール。