(57)【要約】本発明は、抄紙機／板紙抄紙機又は仕上げ機用の金属ベルト（１０２）の製造方法に関する。本方法は、所望の幅と長さのベルト（１０２）により必要とされる数で金属ベルトの最終幅よりも狭い幾つかの金属ベルトブランク（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ）を横並び及び／又は連続的に配置し、摩擦溶接によりそれらの間の接合部を溶接することにより金属ベルトを生成することを含み、前記接合部は、基礎材料と同様の成分を形成する。
2009523680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抄紙機／板紙抄紙機又は仕上げ機用の金属ベルト（１０２）の製造方法であって、
所望の幅と長さのベルト（１０２）により必要とされる数で金属ベルトの最終幅よりも狭い幾つかの金属ベルトブランク（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ）を横並び及び／又は連続的に配置し、摩擦溶接によりそれらの間の接合部を溶接することにより金属ベルトを生成することを含み、前記接合部は、基礎材料と同様の成分を形成する、方法。
【請求項２】
前記金属ベルト（１０２）は、前記接合部と基礎材料の間の応力差を無くすための熱処理を受ける、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属ベルトブランク（１０ａ）は、前記ベルト（１０２）の最終幅に略等しい長さに作成され、ベルトの長手方向に対して略直角に配置され、これにより、隣接するブランクの間の各溶接接合部（１１ａ）は、ベルトの長手方向に対してそれぞれ略直角である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属ベルトブランク（１０ｂ）は、前記ベルト（１０２）の最終長に略等しい長さに作成され、前記金属ベルトブランク（１０ｂ）の多数は、前記ベルトの最終幅に整合するように横並びに配置され、これにより、隣接するブランクの間の溶接接合部（１１ａ）は、略ベルトの長手方向に延在する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記金属ベルトブランク（１０ｃ）は、前記ベルト（１０２）の最終幅を超える長さに作成され、ベルトの長手方向に対して斜めの位置に横並びに配置され、隣接するブランクの間の各溶接接合部（１１ａ）は、ベルトの長手方向に対してそれぞれ斜めの位置にある、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記ベルトの材料は、Invar（登録商標）やInconel（登録商標）を含む高ニッケル鋼、ステンレス鋼若しくは粉末金属を含む集合から選択される、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抄紙機／板紙抄紙機又は仕上げ機用の金属ベルトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無限鋼ベルトは、例えば金属ベルトカレンダやCondeBeltバンドドライヤで使用される。最近採用される金属ベルトは、従来の金属融解技術により製造され、種々の高温及び低温加工方法により更に処理される。典型的なバンド用原料は、ステンレス鋼のウェブであり、これから、適切な無限バンドが溶接により形成される。続く説明は、当業者にとっては明白であると思われる、かかるバンドに対する製造原理の主要な局面を議論するだけである。従来の生産では、バンドの製造プロセスは、例えばアーク炉で、くず鉄及び／又は化粧鉱石を、必要な合金元素と共に溶解することにより稼働される。これに続いて、所望の炭素含有率のために転炉内の溶解物の脱炭が実行される。脱炭後、鋼は、レードルプロセスの前に必要に応じて合金化される。次いで、溶解物は、熱間圧延に直接変換されるインゴットに鋳込され、インゴットは、その幅及び長さを当然ながら増加させつつその厚みを低減するために、高温で多数の圧延プロセスを受ける。熱間圧延は、圧延されたバンドが巻き上げられ、冷間圧延に搬送されることにより完了する。冷間圧延ミルでは、鋼バンドは、先ず、内部成長を和らげるために加熱され、バンド表面を磨くために腐食処理される。次いで、実際の冷間圧延が開始され、この際、鋼バンドは、その最終厚さまで低温状態で低減される。必要な場合、バンドは、圧延の度合いが特に高い場合に、圧延プロセス間で加熱される。最後に、バンドは、研削、加熱及びエッチングにより仕上げ処理されることができる。更に、バンドは、表面を平滑化しその平坦性を改善するために穏やかな仕上げ圧延を受けることができる。これには、必要な幅と長さでバンドを切断することが後続でき、その横縁（バット）同士が無限金属ベルトを製造するために、典型的にはTIG溶接若しくはレーザにより、溶接される。圧延ミルの幅は、ブランク材料に依存して、１５００ｍｍ若しくは２０００ｍｍにブランク材料の幅を制約し、従って、抄紙機の幅用に使用されるベルトは、不可避的に、多数の溶接された接合部を含む。動作時、金属ベルトは、疲れ荷重と腐食応力の双方を受ける。これらの因子により、ベルトは、明らかな腐食疲労に起因して時々交換される必要がある。ベルトは、更に、強力な摩擦力を受け、これは、その材料が十分な強度と表面硬度を有するべき理由である。硬度が不適切である場合、ベルトは、疲労クラックの形成をもたらしうる擦り傷を形成しうる。溶接接合部の機械的特性は、典型的には、基礎材料よりも約２０％落ち、これは、摩擦若しくは研削の結果接合部の出現をもたらしうる。擦り傷のある若しくは不均一なベルトは、例えばバンドドライヤのパッキンを、早期に摩滅させ、例えば清浄度の観点から、更なる問題を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、先行技術のベルトの特性を改善することが可能な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、本発明の方法は、所望の幅と長さのベルトにより必要とされる数で金属ベルトの最終幅よりも狭い幾つかの金属ベルトブランクを横並び及び／又は連続的に配置し、摩擦溶接によりそれらの間の接合部を溶接することにより金属ベルトを生成することを含み、前記接合部は、基礎材料と同様の成分を形成することを特徴とする。
【０００５】
金属ベルトブランクは、例えば、前記ベルトの最終幅に略等しい長さに作成され、ベルトの長手方向に対して略直角に配置されことができ、これにより、全ての溶接接合部は、ベルトの長手方向に対してそれぞれ略直角である。また、金属ベルトブランクは、前記ベルトの最終長に略等しい長さに作成され、前記金属ベルトブランクの多数は、前記ベルトの最終幅に整合するように横並びに配置されことができ、これにより、ベルトブランク間の溶接接合部は、略ベルトの長手方向に延在する。ベルトの最終長さに等しい金属ベルトブランクの端部は、長方形以外の角度位置に切断されることができ、これにより、端部間の溶接接合部は、ベルトの長手方向に対してそれぞれ斜めの位置にある。この場合、隣接するベルトブランクは、好ましくは、その横縁の接合部がベルトを斜めに横断するよう延在する略連続した接合部であるように配置される。金属ベルトブランクは、また、前記ベルトの最終幅を超える長さを備える横並び配置可能なブランクとして設計されることができ、当該ブランクの長さ方向の接合部は、最終的なベルトの長手方向に対して斜めに延在する。また、ベルトは初期的には最終幅を超える幅で作成され、続いて、その最終幅まで切断／研削されることも考えられる。
【０００６】
摩擦攪拌溶接技術(FSW)では、耐摩耗性の回転ツールが使用され、回転ツールは、接合されるべきピース間の溝内を通って作用し、摩擦の結果、接合されるべきピース内に熱を形成する。これにより、ピースは、溶解せずに軟化し、軟質材料は、回転ツールの  前方からその後へと通って作用し、そこに溶接接合部を形成する。溶接接合部は、基礎材料と類似する成分を有する。接合部は、適切な熱処理により基礎材料と略同等の機械的特性を付与されることができ、これにより、摩擦若しくは研削の結果としての接合部の出現が防止される。溶接は、アンビルに接して実行され、これにより、接合部の底面は、基本材料と正確に同一平面に形成され、ベルトは、その外側の面上が研削されるだけでよい。ＦＳＷ溶接は熱歪を生じず、従って、寸法的に正確なベルトを生む。
【０００７】
金属ベルトカレンダでは、例えば、鋼ベルト円は、その内側が、それを支持するガイドロールと直接接する。ベルト円は、例えば接触表面間に紙ウェブがないウェブ破れ事象時に、その外側が熱ロールと直接接することができる。試験走行は、ベルの内側の表面の強力な擦り傷と磨耗を明らかにした。また、ベルトの外側の表面は、熱ロールに接触するとき、磨耗と擦り傷を受けることが発見された。ベルトのころがり接触時では、ベルトとベルトプーリーの間の接触は、所謂保持及びすべり領域（Contact  Mechanics,  K.L.Johnson,  1985）を形成する。接触部の上流側では、ベルトは、保持領域に直接進むが、接触部の下流では、すべり領域が形成される。
【０００８】
2つの条件が区別されることができる。
［１．ころがり接触時のベルト冷却（例えば冷却ロール］
ベルトは、接触を確立するとき、引張り応力σｖを有する。ベルトは、保持領域に直接進む。冷却時、ベルトは、保持領域内のベルトの収縮及び滑り（ずれ）が摩擦の結果否定されるので、熱応力から引張り応力の増分（σheat）を形成する。引張り応力が増加するにつれて、ベルトにより付加される中立な圧力もそれぞれの局部的増加を示す。ベルトが下流側のすべり領域に進むにつれて、熱応力の解放がすべりにより生ずる。従って、保持領域内のベルトに誘起された張力は、引張り応力σｖのレベルに復帰する一方、同時にベルトは、熱収縮により短くなる。
【０００９】
この場合、熱応力の解放は、走行方向に対向するすべりとして生じる（ベルトは、走行方向と反対方向にロールに対して摺動する）。従って、接触部から出てくるベルトの速度は、接触部を形成しようとしているベルトの速度よりも僅かに低い。
［２．ころがり接触時のベルト加熱（例えば熱ガイドロール］
ベルトは、引張り応力σｖで接触し、上述の如く、保持領域内に直接進む。加熱時、ベルトは、引張り応力に対する緩和作用を持つ圧縮性の熱応力を形成する。温度変化が極めて大きい場合は、保持領域に亘る引張り応力は、ゼロ（歪無しの状態）まで落ち若しくは圧縮まで行き過ぎる。これは、ベルトの座屈をもたらしうる、即ちベルトがロールから離れて上昇する。
【００１０】
ベルトがすべり領域に進むにつれて、ベルト張力は、引張り応力σｖに対応するレベルに戻る。等化がすべりにより生じ、このときすべりは走行方向に生ずる。出て行くベルトは、また、入るときの速度よりも僅かに高い速度を有する。
【００１１】
ロールは、硬い厚いシェルの本体であるので、その温度変化はその表面に限定され、これにより、ロールは、周方向の熱変形を受けない。他方、ベルトは、薄い材料で作成されており、全体を通して加熱／冷却し、熱変形はより大きい。熱膨張の差は収縮に遷移する。
【００１２】
本発明の1つの目的は、また、抄紙機／板紙抄紙機又は仕上げ機の金属ベルトを用いる装置のベルトが熱応力や熱変形を形成せず、ベルトの擦り傷を低減し又は無くすことを可能とする解決策を提供することである。
【００１３】
この目的を達成するために、金属ベルトカレンダ、若しくは金属ベルトを備える他の繊維ウェブ処理装置の金属ベルトは、非常に低い熱膨張係数、好ましくは２×１０−６若しくはそれ未満の材料から製造される。最適な条件は、熱膨張係数がゼロにされることができる場合に到達される。この場合、ベルト加熱及び冷却条件は熱歪や熱変形を形成しない。かかる因子により生ずるすべりは無く、従って、ベルトは擦り傷を受けない。上記の条件を満たす1つの解決策は、通常の鋼の値の１／１０よりも小さい約１×１０−６の熱膨張係数を有する高ニッケルInvar（登録商標）鋼からベルトを製造することである。熱歪及びそれに伴いすべりは、通常ベルトに比べて１／１０である。選択されたベルト材料は、例えばInconel（登録商標）や幾つかの他の高ニッケル鋼若しくはステンレス鋼のような、上記条件を満たす任意の他の金属複合材料や合金であることができる。ベルトは、熱伝達媒体として機能するほどの理にかなった特別な熱容量だけでなく非常に高い熱伝導性、（少なくとも５−１０W/mK）を有することが必要とされる。更に、ベルトは、腐食及び疲労耐性だけでなく、十分な強度、加工性、溶接能力を有することが必要とされる。
【００１４】
ベルト材料の価格は、非常に優れた効果が得られる限り高い臨界的な因子ではない。例えば、３から５倍高い原料の価格は、製造がより容易で利便性がより高い限り、とりわけ、ベルトの耐性（ベルトの交換周期）を倍増できる限り、許容可能である。
【００１５】
主要な節約は、研削がベルトに対して必要とされないときに製造時に得ることができ、最も重要なこととして、交換頻度（製造の中断）が半分まで下げることができる場合に、得ることができる。
【００１６】
Invar（登録商標）鋼の利点は、例えば、
−熱膨張が通常の鋼の１／１０よりも小さく、擦り傷の顕著な減少をもたらすこと、
−腐食疲労（フレッティング）特性が際立ってよいこと、
−加工性が良好であること、
−溶接能力が良好であり、溶接は熱歪を生成しないこと、及び
−通常の鋼グレードよりも僅かに低いものの熱伝導性が適切であることである。
【００１７】
１つの選択肢は、ベルトを粉末金属で全体若しくは部分的に製造することである。粉末技術により、ベルト材料は、従前よりも純度が高くなるだけでなく、より均質化し、よりコンパクトとなり、その微細構造は、より緻密に分割されることになり、これにより、その摩擦及び腐食耐性特性は、従来の方法により製造されるベルトよりも有意に良好となるだろう。従って、ベルト交換の間隔を従来のベルトよりも明らかに長くでき、従って、製造の外乱及びベルト交換コストを低減する。粉末技術により製造される要素を用いることによって、整備が不要な時間間隔は、従来の要素を用いる場合の３−８倍長く延びることができる。その他の効果は、粉末技術は、従来方法により製造が困難若しくは不可能でさえあった材料要素の作製を可能とすることである。粉末金属は、チタン及び高ニッケルの所謂スーパースチール合金と同範囲の腐食耐性を有する一方で後者よりも非常に魅力的な価格であるステンレス鋼でかかるベルトを製造する可能性を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の金属ベルトに対する２，３の実施例が添付図面を参照して説明される。
【００１９】
図１ａは、金属ベルト１０２を概略的に示し、金属ベルト１０２は、金属ベルト１０２の最終幅に等しい長さを持つ金属ベルトブランク１０ａからなる。金属ベルトブランク１０ａは、横並びにセットされ、互いに摩擦溶接により溶接され、従って、ベルトの長手方向に対して略直角に延在する溶接接合部１１ａを間に生成する。図１ｂは、金属ベルトの最終長に略等しい長さに略対応する金属ベルトブランク１０ｂから金属ベルト１０２を作成することを示し、この場合、ブランク間の接合部１１ｂは、ベルトの長手方向に略平行になる。隣接する各金属ベルト１０ｂの横縁は、略直角な交差接合部１２のために金属ベルト１０２の横方向で互いに実質的に整列するようにセットされる。図１ｂは、また、代替実施例も示し、この場合、金属ベルト１０ｂの横縁は、ブランクの長手方向に対して斜めの位置のために切断され、隣接するブランク１０ｂは、参照符号１２ａにより図１ｂの破線で示すように、金属ベルト１０２を斜めに横切って延在する略連続した接合部を形成するように互いに対して配置される。図１ｃは、更なるその他の代替実施例を示し、この場合、金属ベルトブランク１０ｃは、最終の金属ベルト１０２の長手方向に対して斜めの位置に横並びにセットされ、これにより、それらの間の接合部１１は、同様にベルト１０２の長手方向に対して斜めの位置に延在する。ブランク１０ｃの長手方向端部は、最終のベルト１０２の長さ方向の縁部と略一致するように切断される。上述のベルト製造方法の種々の組み合わせも考えられ、例えば、金属ベルトの最終長よりも短い幾つかの金属ベルトブランクを、最終的なベルト長に等しい長さのために連続して配置し、且つ、ベルトの最終幅により必要とされる数だけ横並びに配置する。また、金属ベルトがその最終幅を超えた幅で製造されることも考えられ、この場合、ベルトを溶接した後にその最終幅まで例えばトリミング若しくは研削により狭くされることができる。
【００２０】
金属ベルトカレンダは、従来の金属ベルト、例えばステンレス鋼のベルトを用いるとき、金属ベルトと熱ロールの間に温度差を形成し、これにより、ベルトの磨耗がもたらされる。
【００２１】
金属ベルトとロールの間の温度差を避けるために、例えば図２に示すような加熱フードを使用することが可能である。図２では、メタルベルト１０２は、加熱ガイドロール１０３のまわりを回る。熱ロールは、参照符号１０４で指示される。加熱フードは、ベルト１０２の一方の側に搭載されたヒータ１００と、他の側に搭載されたミラー１０１とからなる。選択的には、ヒータは、ベルトの各側に搭載されることができる。ミラー及びヒータは、図２に対して逆に配置されることもできる、即ちミラーはベルト円の外側に、ヒータは内側であってもよい。図２では、参照符号１０７は、ヒータ１００に熱を伝達するための、例えばホットオイルシステムである熱源を概略的に示す。ベルト１０２の対流を可能な限り低くするために、ベルトとフード１００，１０１の間に存在するギャップは、可能な限り小さくされる必要がある。図２には、任意の付加的なヒータ１０５が示されており、このヒータ１０５は、ベルトとガイドロール１０３の間の接触領域内のベルト温度を制御することを可能とする。
【００２２】
図３は、ウェブ供給装置１１０を概略的に示し、このウェブ供給装置１１０は、金属ベルトカレンダと関連して使用されるのに好適であり、補助用にカレンダの金属ベルト１０２を用いる。ベルト１０２は、ガイドロール１０３回りを走行し、カウンタ要素として機能する熱ロール１０４と共同して、間に処理領域ＰＮを形成し、当該処理領域ＰＮに現に処理されるウェブを通す。ベルト１０２は、好ましくは、摩擦溶接により溶接されたベルトの接合部を備えて本発明に従って製造される。ウェブＷは、図３の例では反時計まわりに、ガイドロール１０３まわりの金属ベルト共に通常の円で走行し、次いで、処理領域ＰＮを通り、更なる処理のために熱ロール１０４まわりを走行する。１つの同一のカレンダがウェブの両面の処理に用いられるとき、ウェブＷ１は、図３の破線で示されるルートに沿ってウェブの一方の面の処理のために金属ベルトと熱ロールの間の処理領域ＰＮに直接搬送されることができ、この場合、カレンダは、２つのウェブ供給装置１１０を必要とする。処理領域ＰＮ後、ウェブＷ１は、更なる処理のためにガイドロール１０８ｂまわりを搬送される。
【００２３】
ウェブ供給装置１１０は、金属ベルト円１０２を維持する際に、例えばＣバーのように設計された、案内面（ガイドウエイ）１１２に沿って走行するように構成される。装置は、ウェブＷを金属ベルト１０２に押し当てるアクチュエータであって、駆動モータにより若しくは摩擦の結果ベルトと共に動き始めるアクチュエータを備え、ウェブ供給装置１１０は、案内面に沿って進み、アクチュエータの力を受け取る。アクチュエータは、例えば圧搾空気式に機能してよく、この場合、それは、通常的な圧縮空気のシリンダである。エア源は、例えばサクションテーブルから知られるボールロック組立体若しくはピストンロッドの無いシリンダで用いられる他のエアロックシステムを用いて、設けられることができる。アクチュエータは、また、電気的に動作してよく、荷重は、位置に対してスプリングにより自身を調整し、電気出力は、カーボンブロックにより伝達される。駆動モータは、所望の速度まで装置を走行させる。装置は、良好な初期の加速度を補償するために可能な限り軽量に設計される。初期の加速度は、例えば空気圧シリンダ１１１により若しくは引張ばねを用いて達成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】金属ベルトを製造するために用いられる金属ベルトブランクの構成の一例の概略図。
【図１ｂ】金属ベルトを製造するために用いられる金属ベルトブランクの構成の一例の概略図。
【図１ｃ】金属ベルトを製造するために用いられる金属ベルトブランクの構成の一例の概略図。
【図２】金属ベルトカレンダ用の一実施例の概略図。
【図３】ウェブ供給装置を備える金属ベルトカレンダを示す図。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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