JPS61108794A - 厚さ制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、プラスチッ
ク及びその他の材料の処理に関し、特に７つ以上の□加
圧ロールが作用する材料ウェブの厚さを制御する装置及
び方法に関する。

（従来技術） 紙、グラスチッ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く形成さ
れるニック（狭隙）に材料を通すととくよって材料の特
性を変更できる。例えば、カレンダロールの間に紙のウ
ェブを通すことで、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
シ局部的なニツゾ圧力を調整することによって制御され
る。ロールは一般に温度に伴って膨張・収縮する素材で
作られてお９、ロール径はロール異った部分を局部的に
加熱及び／又は冷却するととＫよって制御される。

最近のシート処理機は、基本質量、水分及び厚さ等ジー
トノ々ラメータの正確な測定を、処理機の方向（つ−１
シートの移動方向）と直交方向の両方向で可能とするコ
ンピュータベースの測定装置を備えるようになった。大
抵の場合、基本質量と水分は処理機方向の変化忙対し閉
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った。この困難の理由の７つ
社、圧力ロールの局部的な加熱を制御する有効で確実な
アクチュエータがない仁とに基いていた。

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ζ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ッ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
ることによって行なわれている。ロールを加熱し局部的
な膨張を引き起すのに摩擦／々ラッド加熱ラングが使わ
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、摩擦パッド岐ロール表面を摩
滅し易く、従って本来の目的が横われてしまう。径を制
御するのに、高温又は低温空気のジェットをロールの局
部的な領域に差し向けることも行われている。っｔ、ｂ
、高温空気のジェットがロールの局部的な膨張を生じ、
低温空気のジェットが局部的な収縮を生じる。

リールの形成がＩｌ要なため、閉ループの制鞠装薫が直
交方向の厚さを制御するのにも使われている。空気ジェ
ット方式では、空気ジェットを制御するのにンレノイド
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ュー
タによって制御される。しかしこの方式には、一定の限
界と欠点がある。つｔシ、電気機械のインターフェイス
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、空気ジェットでは直交方向の分
布を充分制御するのに会費な範囲と分解能が滅多に得ら
れない。

米国峙許第りＪｇ傷、Ｉｉ’／＋号は、誘導電流にょつ
てク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
温空気ジェット等測等かの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、従来技術の制限と欠点を解消した
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は本発明によれば、対流、放射及
び衝突の組合せによって加圧ロールを局部的に加熱・冷
却することによって達成される。円筒状に彎曲した面板
がクールの表面に直近して対同配向され、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。他側に制御される加熱エレメントによって、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
示してあシ、紙ウェブ１１が一つのカレンダロール１３
間に形成されたニラ７’１２を通過する。カレンダロー
ル間を通過後、紙ウェブは巻取られリール１４を形成す
る。リールの形成処理中、センナ１６がリールの硬度と
一様性をモエターシ、これらのパラーータを表わすデー
タがコンピュータ１７に与えられる。コンピュータと電
力コントローラ１Ｂが７つ以上のアクチェエータ１９の
動作を制御し、温度つまシカレンダロールｌＢの径を制
御する。

第２．３図に示すように、各アクチェエータ１９紘凹状
の前面を持っ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クールの外表面
に対向している。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対し直近して（例えば
％インチ（／、７７ＣＩＫ））離間している。

空気を高速（例えばｔ　〜／　０．０００　ｆｔ／ｓｅ
ｃ　（７〜９！　０００　ｃＩｙ′５ｅｃ））で、面板
とａ　−ルｒＬＩＭＡｆｉ内へ連続的に放出する手段が
設けである。この手段は、面板の後方に位置したプレナ
ム室ｚ２と、面板に形成された複数の放出開口２８を具
備する。

各放出開口祉、長さ約３インチ（７，４２ａａ　）で巾
約０．０３０インチ（０，０７＆ｏｎ’）の細長いスロ
ット状開口から成る。又各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２８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
えばアクチュエータの直交方向／フート当１）　７　！
ｒ　ｃｆｍ　）　、従って各加熱エレメント８１に必要
な電気入力は小さくてよい（例えばアクチェエータの直
交方向／フート当Ｆ）　／　ＯＫＷ）。

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７インチ（／θＪｃＩＬ）で、プロ
ワ−２４は比較的小型にできる（例えばアクチェエータ
／フート当ｂ　／　ｈｐ　）。

放出開口ｚ８は面板内で、円周方向Ｋ１１ｌ１間に軸方
向に延びたコ列状に配置されている。これらコ列の一方
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ｚ８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った速
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。

複数のバッフル／４　　ｆｊ、　１３が面板２１の前面
から突き出ている。これらのバッフルパーは縦方向に延
びたリプから成り、放出開口２８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
、バッフルパ一つまシリプは、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１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である
。この手段は、プレナム室２ｇの前方に向かって面板ｚ
１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８１を具備する。加熱エレメントはカレンダロ
ールの半径に対しはｙ垂直方向く延び、スロットｚ３の
後方に位置してスロツ）Ｋ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ィンを
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、それらのフィンを通って流
れる。各放出開口毎ＫＪっ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、アクチェエータ１９が
モジエール状に構成されｌＩ数のモジニール状加熱ヱニ
ット８８が内部にプレナム室が形成される枠又はハウジ
ング８４に取付けられる。

各加熱ユニットは約／フート（３０ｃＷＬ）の長さづつ
面板の一部を含み、各列ＫＩＩつの放出開口、っまヤざ
つの加熱エレメントが存在する。従って例えば、ｔフィ
ートカレンダロールの場合には、ｇつの加熱モジュール
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。プロワ−２４は連続的に動作し
、空気は全ての放出開口２Ｂ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熱し、その領域内の開口を通
過する空気を加熱する。開口を通って放出された空気は
ロール表面にぶつかシ、第一図中矢印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廐す。

バッフルパー２８又は凹凸状表面で形成された同等のリ
プが、面板とロール間の空気を乱流状態に維持し、この
乱流がよシ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って与えられる衝突加熱及び
面板とロール間における乱流空気の循環によって与えら
れる対流熱伝達の他、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って面板が加熱さ
れるため、面板前面からの放射によってもロールは更に
加熱される。この衝突、対流及び放射加熱の組合せが、
容易に制御で門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
って行なわれる。加熱エレメントは、平常の動作温度よ
りはｖ！ｒＯ？＜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ｇｏ〜２００″Ｆ　（２４，７〜９３．３℃
）の範囲）よシｌＯ°ＰｉＪ’Ｃ）だけ低い温度にまで
ロールを冷却できる。３ＳＯ″Ｆ（／７６．７℃）で動
作するカレンダロールの場合、ロールは５０“Ｆ　（３
２，コ　、℃）だけ加熱可能又は／　０　”Ｆ　（ｓ、
ｓ℃）だけ冷却可能である。この装置によれば、７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、この温度ではブレ
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。更にこつした加熱又は冷却効果は、
高温又は低温空気をノズルから間欠的に吹出す従来装置
に対し、空気のｍ度を変えることによって得られる。加
熱エレメントは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
ップされる。空気はバッフルパーによって乱流にされ、
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。バッフルパーによって与えられる粗い前面
が面板からの熱伝達効率を増し、−列の放出開口が乱流
と境界層の破壊を維持する。

第９．３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Ｓ　ｌ’　　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＼でいう方向は全て、第一図
に示したカレンダロール１Ｂ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８１が離間して設けられている。この点は
第３図に最も良く示しである。又同図に示すごとく、軸
方向Ｋ　？１１１って約３インチ（７，４２ｃｒｔ　）
の各区域毎に一対の加熱エレメントが設けられてい今。

これらの各区域は勿論、第１図に示した付設のフントロ
ーラ１８によって個別に制御される。加熱力を増すため
、追加の一対の加熱ニレメン）８１を各区域内に設け、
さらに大きい温度差を生じるようＫしてもよい。３イン
チ（７，６λｃｍ）の軸方向区域に、はソコＪＲＷ　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４ｚを設けることもできる。これ
らの溝は面板の頂端縁と底端縁の間にほソ延び、実質上
軸方向の全長に沿っ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った後、円周方向の溝４２に
よって面板２１′　　とロール１８間の領域から容易に
排出されることにあシ、この点は空気を周囲に排出する
ための低圧チャネルを形成する上で有効である。

実用的な一点から、密な孔ノ母ターンを与えるため、面
板２１に使われる金稿のｗｒ類に合わせて孔４１Ｆｉで
きるだけ小さい直径とする。例えばステンレス鉤の場合
、６ｔＩ分の５インチ（約０．．２ａｒｔ）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
１ｇ％〜コ、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ェット衝突領域を与え、熱伝達効率
を向上させる。更に、ロールの円周方向に沿って約２５
０を成して面板に形成された数列の孔が、例えば−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、
熱伝達効率代いっそう高められる。

第２図と同様の第６図は面板の別の実施例を示しておシ
、この面板２１′　　は軸方向に一組のＶ字状溝４６を
具備し、６溝４６が矢印４８で示した方向に空気ジェッ
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、９ｖ字状の面が、衝突
効果を高め、従って熱伝達効率を向上させる。

更に、空気ジェットの速度ベクトル４８杖、ロール１８
の回転方向ｚ６と反対の速度成分を有する。

これＫよっ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、７つだけの空気供給源つ
ｔｂ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。

／）　　本発明のアクチュエータはカレンダロールを１
．１ 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。

コ）面板の各設計と複数空気ジェットの使用によって乱
流が強まシ、このどちらもが熱伝達効率を向上させる。

これにより、例えばフート巾当ｔ）　？　！ｒ　ｃｆｍ
　（メートル巾当Ｆ）ｌＩ２０ｄ／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シ、温度差（ΔＴ）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っ
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、空気と連続的に供給
できることを意味する。従って、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。これによって
、装置はコンパクトになり、会費に応じて空気の温度を
高めることができる。

又染ての露出面にもかかわらず、空気の温度は紙の発火
点以下である。

更に前述のごとく、空気が連続的に供給され、湛変だけ
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って広がるのが防止
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。以上忙よって、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ＩＡ買の概略図であゐ。 第２図はｔ４７図の実施例における７つの圧力ロールを
加熱及び冷却するアクチュエータの煙らか概略的な断面
図である。 第３図は第２図の７クチユエータの一部を破断した部分
正面図である。 第グ図はアクチュエータσ別の実施例の部分正面図であ
る。 第３図は第グ図の簡略化した側面図である。 第６図はアクチュエータの別の代替実施例の幾らか概略
的な断面図である。 ｌ・・・・・・材料（紙）クエプ、　１Ｂ−・・・・・
回転加圧ロール、　　ｌ　ｆｓ−−−−・センサ、　　
　１７．１８・・・・・・制御手段（１）；コンビエー
タ％　ｌ　８　；電力！／）ローラ）、　　１９・・・
・・・アクチェエータ、２１　、２１’　　、　２１’
　−−−−−−面板、　　２　Ｂ　・−−−−−放出開
口、　２４・・−・・空気送シ手段（プロワ−）、８１
−−−−−−加熱エレメント。 ＦＩＧ、−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、材料ウェブを処理する装置において：材料ウェブに
   対して圧接し、温度の変化に伴つて直径が変化する回転
   ロール；ロールと同軸状に位置し、軸方向に細長く円筒
   状に彎曲した面板で、その前面がロールの外表面に直近
   対向する面板；該面板に沿つて軸方向に離間した複数の
   放出開口；該放出開口を介し高速で、面板とロール間の
   領域内に送る手段；ロールによつて加圧された後のウェ
   ブの厚さをモニターするセンサ；及び該センサに応答し
   、面板の後方に配置され異つた放出開口を通過する空気
   を選択的に加熱する複数の個々に制御可能な加熱エレメ
   ントを含み、放出開口を通過する空気の温度を制御し、
   ロールの各部分を選択的に加熱又は冷却して材料ウェブ
   の厚さを制御する手段；から成る装置。 ２、温度の変化に伴つて径が変化する回転加圧ロールに
   よつて材料ウェブを処理する方法で、軸方向に細長くロ
   ールの表面に直近対向する円筒状の彎曲面板の軸方向に
   離間した複数の開口を通じロールへ空気を差向けること
   により上記径が変化するものにおいて： 室温の１つの供給源から上記放出開口を通じ、上記面板
   とロール間の領域内へ空気の連続流を与える段階；及び 面板に直近した領域内で且つ選択的な軸方向位置におい
   て、上記直近開口を通つて放出される前に上記室温の空
   気を選択的に加熱する段階；から成る方法。